日本科学家设计出以肌肉组织为动力的双足机器人

投稿：混沌分析
原文：https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240126140516.htm

与机器人相比，人类身体灵活，能够进行精细动作，并能有效地将能量转化为运动。日本的研究人员从人类的步态中汲取灵感，通过将肌肉组织和人造材料相结合，制作出了一种双腿生物混合机器人。通过这种方法，机器人可以行走和转动。

通讯作者日本东京大学的竹内昌次(Shoji Takeuchi)说：“生物混合机器人是生物学和机械学的融合，作为具有生物功能的机器人学的一个新领域，它的研究最近正引起人们的关注。利用肌肉作为致动器，我们可以制造出紧凑型机器人，并实现高效、无声、触感柔软的运动”。

研究小组的双腿机器人是一种创新的双足设计，它是在利用肌肉优势的生物混合机器人的基础上发展起来的。

肌肉组织促使生物混合机器人向前爬行和游泳，并能转弯，但不能急转弯。然而，能够转动和急转弯是机器人避开障碍物的基本特征。

为了制造一个动作更灵活、更精细的机器人，研究人员设计了一种模仿人类步态的生物杂交机器人，可以在水中工作。

机器人的顶部有泡沫浮标，腿部有配重，可以帮助它在水下站直。机器人的骨架主要由硅橡胶制成，硅橡胶可以弯曲，以适应肌肉运动。然后，研究人员将实验室培育的骨骼肌组织条连接到硅橡胶和每条腿上。

当研究人员用电击肌肉组织时，肌肉收缩，将腿抬起。然后，当电流消散时，腿跟向前着地。通过每 5 秒在左右腿之间交替进行电刺激，生物混合机器人成功地以 5.4 毫米/分钟(0.002 英里/小时)的速度 “行走”。为了转弯，研究人员每 5 秒钟重复电击右腿一次，同时将左腿作为锚。

机器人在 62 秒内完成了 90 度的左转。研究结果表明，肌肉驱动的双足机器人可以行走、停止，并做出微调的转弯动作。

Takeuchi说：“目前，我们需要手动移动一对电极，为双腿单独施加电场，这需要时间。
今后，通过将电极集成到机器人中，我们有望更有效地提高速度。”

“研究小组还计划为双足机器人配备关节和更厚的肌肉组织，以实现更复杂、更有力的动作。但是，在用更多的生物组件升级机器人之前，研究小组必须整合一个营养供应系统，以维持活体组织和装置结构，使机器人能够在空中运行。”

“当我们在视频上看到机器人成功行走时，实验室例会上爆发出一阵欢呼。虽然这看似一小步，但实际上是生物杂交机器人的一大飞跃。”

这项工作得到了日本科学技术振兴机构未来计划、日本科学技术振兴机构面向颠覆性科学技术的融合研究以及日本科学振兴会的支持。