工程师开发出高性能人工肌肉技术

北亚利桑那大学（NAU）的工程师开发了一种新型的高性能人工肌肉技术，使得机器人可以实现更像人类的运动。这种柔性和可适应的技术已经证明其在几个方面优于人类的骨骼肌。

研究人员经常依赖生物仿生原理来开发更好的执行技术和软机器人。在生物仿生中，机器组件被设计成模仿人类肌肉的运动，希望能够超越它们。

生物形式的机器人

执行器如电动机是刚性的，这限制了它们的能力，因此生物仿生假肢和执行器必须随着机器人变得更加生物化而改变。

这种新型的高性能人工肌肉技术是在NAU的动态主动系统实验室开发的。发表在机器人科学杂志上的论文题为“从绘制、扭曲和缠绕聚合物管中创建的卡瓦塔皮人工肌肉”。

该论文由NAU机械工程系副教授迈克尔·沙弗和教授海迪·费根鲍姆撰写，并得到了研究生研究员迭戈·希格拉斯-鲁伊斯的帮助。

“我们称这些新的线性执行器为卡瓦塔皮人工肌肉，因为它们类似于意大利面条，”沙弗说。

人工肌肉与人类骨骼肌肉

这些执行器适合用于生物工程和机器人应用，因为它们的螺旋结构可以产生更多的力量。工程师们证明了卡瓦塔皮人工肌肉的工作和功率指标分别比人类骨骼肌肉高出10倍和5倍。随着它们的继续发展，它们的性能预计会进一步提高。

“卡瓦塔皮人工肌肉基于扭曲聚合物执行器（TPA），当它们首次出现时，它们相当革命性，因为它们强大、轻便且廉价。但是，它们的效率很低，需要加热和冷却。另外，它们的效率只有大约2%，”沙弗说。“对于卡瓦塔皮，我们通过使用压力液体来执行，从而避免了这个问题。因此，我们认为这些设备更有可能被采用。这些设备的响应速度几乎与我们能够泵入液体的速度一样快。它们的主要优势在于效率。我们已经证明了收缩效率高达45%，这是软执行领域中的一个非常高的数字。”

根据工程师的说法，这项技术可以应用于软机器人、传统机器人执行器和辅助技术，如外骨骼和假肢。

“我们预计未来的工作将包括在许多应用中使用卡瓦塔皮人工肌肉，因为它们简单、低成本、轻便、灵活、效率高且具有应变能量恢复特性等优点，”沙弗说。

这项新技术可用于许可和合作，并且目前处于保护和早期商业化阶段。

符合生物仿生原理的执行技术将对机器人系统产生重大影响，因为它们在开发过程中将变得更加高效和强大，并将有助于使机器人能够与人类交互、增强和最终整合。