美国亚利桑那州立大学(Arizona State University, ASU)的一个研究团队开发出一种新型气动人工肌肉,可使机器人举起高达自身重量100倍的物体,且无需依赖笨重的电机和外部动力系统。该技术有望为灾害救援、家庭辅助、工业操作乃至未来太空任务带来变革。
这项研究由亚利桑那州立大学机械工程博士生埃里克·韦斯曼主导。团队从生物肌肉中汲取灵感,设计出名为“螺旋各向异性增强聚合物”(HARP)的驱动器。与大多数依赖电机的四足机器人不同,HARP驱动器采用柔性轻质材料,通过压缩空气实现收缩与伸展,运行过程近乎无声。韦斯曼形容说:“这些肌肉就像一根根小管子,卷成类似空心螺纹状的通心粉形状。”
HARP驱动器的最大优势在于其极端环境适应性。它们可在沸水或高磨损条件下正常工作,同时保持百倍自重的举升能力。韦斯曼表示:“我们开发出了一种真正模仿真实肌肉的新型人工肌肉。虽然仿生肌肉早已存在,但我们让它们变得更通用、更轻便、更强大。”由于对气压要求显著降低,团队已经制造出能够独立行走、无需外接电源的机器人原型。
研究合著者、亚利桑那州立大学助理教授孙杰锋博士指出,HARP驱动器的应用场景非常广泛,涵盖农业、工业、医疗、家务乃至未来航天任务。例如,实验室已开发出模仿象鼻的仿生软体机械臂,能够灵活绕过障碍物完成精细操作;同时还研制出一款结合软材料与可调助力的可穿戴背撑装置,帮助工人在搬运重物时减轻腰部负担。
韦斯曼展望道:“在灾害救援中,软体机器人可以穿行于废墟或倒塌的建筑,搜寻幸存者。它们柔韧的结构能够进入狭小空间而不造成二次破坏。在家庭场景中,它们可以安全地协助老年人完成日常活动,比如拿取高处的物品或帮忙做简单家务。”
目前,研究团队已通过亚利桑那州立大学技术转移机构Skysong Innovations提交了临时专利申请,并获得了NVIDIA的学术资助。该研究成果已发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)。
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