科学家创造了由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们通过利用蜘蛛关节的原理，开发了新的轻量级机器人。

这项研究题为“受蜘蛛启发的电液伺服执行器用于快速、柔软的关节”，发表在《高级科学》杂志上。

蜘蛛常常成为机器人领域的灵感来源，尤其是当它们通过液压驱动机制移动肢体时，科学家们试图在机器人中实现这一点。

通过使用这些原理，科学家团队能够驱动关节机器人，而无需任何笨重的组件和连接器，从而避免了重量和增加了便携性和速度。

由于机器人结构简单轻量，能够跳跃到10倍于其高度的高度。

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SES 关节

科学家们依靠受蜘蛛启发的电液伺服软关节（SES关节）来实现机器人的高性能。这些关节可以以各种方式配置，甚至可以在非蛛形机器人中使用。

研究论文详细介绍了一种双向关节、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、表现出色的性能，这使得它们适用于需要快速移动和与不同环境交互的机器人系统。

SES 关节基于之前由团队发明的 HASEL 技术，用于构建人工肌肉。SES 关节模仿了外骨骼机制，具有刚性和柔性元素，类似于蜘蛛通过液压力扩展其腿部的方式。

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，里面填充了液体介电材料。然后在袋子的两侧放置电极，袋子作为执行器，通过电静力产生液压力。

袋子连接到一个旋转关节，当在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，并且可以轻松地恢复到初始位置。

克里斯托夫·凯普林格是马克斯·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，”凯普林格说。“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，并且只消耗很少的能量，它们易于制造且廉价——我们使用的塑料是用于食品包装的——并且其生产可以轻松扩大规模。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。如果抓握器依赖于类似肌肉的结构，当试图抓取物体时会受到阻碍。但是，使用 SES 关节作为铰链，所需的空间要少得多。

尼古拉斯·凯拉里斯是论文的第一作者。

“这项研究脱颖而出，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，”凯拉里斯说。“这样，我们可以在广泛的几何形状中实现 SES，并具有特定的驱动特性。”

菲利普·罗特蒙德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，”罗特蒙德补充说。“我们想要开发一款最先进的、主动的关节，可以放入任何类型的机器人中。”