科学家创造了受蜘蛛关节启发的轻量级机器人

德国马克斯·普朗克智能系统研究所和美国科罗拉多大学博尔德分校的科学家使用蜘蛛关节的原理开发了新的轻量级机器人。

这项研究名为“受蜘蛛启发的电液执行器用于快速、柔性执行的关节”，发表在Advanced Science上。

蜘蛛经常成为机器人领域的灵感来源，尤其是当它们在狩猎时通过液压作用机制移动肢体时，科学家们试图在机器人中实现这一点。

通过使用这些原理，科学家团队能够在没有笨重组件和连接器的情况下驱动关节机器人，从而避免机器人被重量拖累并提高便携性和速度。

由于机器人结构简单轻量，它可以跳跃到自己身高的10倍。

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SES 关节

科学家们依靠受蜘蛛启发的电液软执行关节（SES关节）来实现机器人高性能。这些关节可以以各种方式配置，甚至可以在非蜘蛛机器人外使用。

研究论文详细介绍了双向关节、多段人工肢体和三指抓握器，可以用来抓取和举起物体。所有这些创造都具有相似的特征：轻量、简单、性能高，因此适用于需要快速移动和与不同环境交互的机器人系统。

SES关节基于团队之前发明的HASEL技术，用于构建人工肌肉。SES关节模仿了具有刚性和柔性元素的外骨骼机制，类似于蜘蛛通过液压力伸展腿部的方式。

开发蜘蛛启发的机器人

科学家们首先创建了一个由薄塑料膜制成的柔性袋，里面充满了液体介电材料。然后在袋子的每一侧放置电极，袋子作为执行器，液压力通过静电力产生。

袋子连接到旋转关节，当电极之间施加高压时，液体介电材料在袋子内移动，关节弯曲。SES关节可以旋转多达70度，从而产生高扭矩，并且可以轻松恢复到起始位置。

Christoph Keplinger是马克斯·普朗克智能系统研究所机器人材料部门的主任。

“SES关节非常简单和轻量，因为没有外围组件来增加机器人的重量，”Keplinger说。“许多软机器人应用需要多功能的执行器。这些受蜘蛛启发的关节允许高功能性，仅消耗很少的能量，易于制作——我们使用的塑料用于食品包装——并且生产容易扩展。这些都是机器人设计的关键特性，机器人可以以多种方式移动并操纵各种物体而不会破坏它们。”

科学家们通过三指抓握器的应用展示了SES关节的多功能性。如果抓握器依赖于肌肉般的结构，它将在尝试抓取物体时受到阻碍。但是，使用SES关节作为铰链，所需的空间要少得多。

Nicholas Kellaris是论文的第一作者。

“这项研究之所以突出，是因为我们可以使用各种材料，甚至用于制作薯片袋的塑料来创建袋子，”Kellaris说。“这样，我们可以以特定的执行特性在各种几何形状中实现SES。”

Phillip Rothemund是该出版物的第二作者。

“我们的研究最终目标不是制造蜘蛛机器人，”Rothemund补充说。“我们想开发一种最先进的、主动的关节，可以放入任何类型的机器人中。”