[智能应用]可自我修复的人造肌肉问世，可用于软机器人和可穿戴设备  [3P] [复制链接]

IT之家 6 月 2 日消息，美国内布拉斯加大学林肯分校的工程团队取得了一项突破性进展，成功开发出一种用于软体机器人和可穿戴系统的可自我修复的人造肌肉。该技术模拟了动植物感知损伤并自我修复的能力，被认为解决了合成系统长期存在的难题。据IT之家了解，在生物体中，损伤感知和自我修复是至关重要的功能，但对于机器人制造商来说，这一功能的实现却极具挑战性。因此，研究人员选择了生物模拟这一经过验证的方法来攻克这一难题。
该团队的关键创新在于开发出了一种能够识别穿刺或极端压力造成的损伤、精确定位损伤位置并自主启动修复的系统。在最近于美国乔治亚州亚特兰大举行的 IEEE 国际机器人与自动化大会上，他们展示了这种多层结构的设计。
这种人工肌肉由三层构成。底层是损伤检测层，是一种柔软的电子皮肤，由嵌入硅橡胶中的液态金属微滴组成。中间层则采用硬质热塑性弹性体，这种材料起到自我修复的作用。最上层是驱动层，通过水压变化实现收缩与扩张。
此外，为了实现无需外部干预的自我修复机制，研究人员设计了一个覆盖整个“皮肤”的电流网络。当损伤发生时，电流网络中的中断会被检测到，进而触发该网络向受损区域输送热量，使热塑性中间层熔化以封闭破裂处，从而实现“自我愈合”。研究人员表示，这“有效地实现了伤口的自我愈合”。
然而，如果同一区域再次受损怎么办？研究人员已经考虑到了这一点，并设计了一种重置皮肤层电流网络的步骤。该技术利用了电迁移效应，即“电流导致金属原子迁移的过程”。如果没有这一系统，自愈系统将只能完成一次损伤与修复的循环，因此这一创新至关重要。
由于研究团队位于内布拉斯加州，他们首先考虑将这种技术应用于农业机器人，这些机器人在田间作业时可能会被树枝或荆棘损坏。然而，该团队也看到了这种技术在可穿戴健康监测设备以及更广泛的消费电子领域中的应用潜力。

美国内布拉斯加大学林肯分校的工程团队开发出的这种可自我修复的人造肌肉，是一项具有重要意义的技术突破。以下是该技术的关键特点和潜在应用：

1. 生物模拟损伤感知与自我修复：该技术模拟了动植物感知损伤并自我修复的能力，解决了合成系统中长期存在的难题。

2. 多层结构设计：人工肌肉由三层构成，包括损伤检测层、自我修复层和驱动层，每层都有特定的功能。

3. 损伤检测与定位：底层是损伤检测层，由嵌入硅橡胶中的液态金属微滴组成，能够识别穿刺或极端压力造成的损伤，并精确定位损伤位置。

4. 自主启动修复：中间层采用硬质热塑性弹性体，起到自我修复的作用。最上层是驱动层，通过水压变化实现收缩与扩张。

5. 无需外部干预的自我修复机制：研究人员设计了一个覆盖整个“皮肤”的电流网络，当损伤发生时，电流网络中的中断会被检测到，进而触发该网络向受损区域输送热量，使热塑性中间层熔化以封闭破裂处，实现“自我愈合”。

6. 电迁移效应：该技术利用了电迁移效应，即电流导致金属原子迁移的过程。这一创新使得自愈系统能够完成多次损伤与修复的循环。

7. 农业机器人的应用：由于研究团队位于内布拉斯加州，他们首先考虑将这种技术应用于农业机器人，这些机器人在田间作业时可能会被树枝或荆棘损坏。

8. 可穿戴健康监测设备的应用潜力：该团队也看到了这种技术在可穿戴健康监测设备以及更广泛的消费电子领域中的应用潜力。

总的来说，这种可自我修复的人造肌肉技术不仅在软体机器人领域具有革命性意义，而且在可穿戴设备、消费电子等多个领域都展现出巨大的应用前景。通过模拟自然界中的自我修复机制，这项技术有望为机器人和其他电子设备带来更高的耐用性和可靠性。

可自我修复人造肌肉：软机器人与可穿戴设备的新突破
技术研发团队及背景
美国内布拉斯加大学林肯分校的工程团队取得了一项突破性进展，开发出可自我修复的人造肌肉。该技术模拟了动植物感知损伤并自我修复的能力，解决了合成系统长期存在的难题。由于在生物体中，损伤感知和自我修复是至关重要的功能，但对于机器人制造商来说，实现这一功能极具挑战性，因此研究人员选择生物模拟方法来攻克难题。

人造肌肉的结构
这种人工肌肉由三层构成：

底层 - 损伤检测层：是一种柔软的电子皮肤，由嵌入硅橡胶中的液态金属微滴组成，主要用于检测损伤。
中间层：采用硬质热塑性弹性体，这种材料起到自我修复的作用。
最上层 - 驱动层：通过水压变化实现收缩与扩张。
自我修复机制
单次损伤修复
研究人员设计了一个覆盖整个“皮肤”的电流网络，以实现无需外部干预的自我修复机制。当损伤发生时，电流网络中的中断会被检测到，进而触发该网络向受损区域输送热量，使热塑性中间层熔化以封闭破裂处，从而实现“自我愈合”，研究人员表示这“有效地实现了伤口的自我愈合”。

多次损伤修复
如果同一区域再次受损，研究人员设计了一种重置皮肤层电流网络的步骤。该技术利用了电迁移效应，即“电流导致金属原子迁移的过程”。如果没有这一系统，自愈系统将只能完成一次损伤与修复的循环，因此这一创新至关重要。

应用领域
农业机器人
由于研究团队位于内布拉斯加州，他们首先考虑将这种技术应用于农业机器人，这些机器人在田间作业时可能会被树枝或荆棘损坏，可自我修复的人造肌肉能提高其耐用性和可靠性。

可穿戴健康监测设备和消费电子领域
该团队也看到了这种技术在可穿戴健康监测设备以及更广泛的消费电子领域中的应用潜力，例如可穿戴健康监测设备在日常使用中可能会受到各种摩擦、碰撞等损伤，这种自我修复能力可以延长设备的使用寿命，降低使用成本。

人造肌肉领域的其他研究成果
除了此次美国内布拉斯加大学林肯分校的研究成果外，人造肌肉领域还有其他进展：

英国伦敦玛丽女王大学科学家开发出一种新型电动人造肌肉，能在软硬状态之间无缝转换，具有感应力和变形能力，还拥有类似天然肌肉的灵活性和拉伸性，可集成到复杂的柔性机器人系统中，并适应各种形状，有望彻底改变柔性机器人和医疗应用等领域。
德国马克斯·普朗克智能系统研究所、奥地利约翰内斯开普勒大学和美国科罗拉多大学博尔德分校的联合团队以软体机器人的可持续性为重点，合作设计了一种基于明胶、油和生物塑料的完全可生物降解的高性能人造肌肉。
加州大学河滨分校科学家汪超（音译）与同行联合开发的一种拥有自愈能力的透明、高延展性导离子材料，可赋予机器人发生机械故障后的自愈能力、延长电动汽车使用寿命。
斯坦福大学华裔女科学家鲍哲楠率领研究团队在弹性纤维研究上取得突破，开发出的人造肌肉不但伸缩性十足，还拥有极强的自我修复能力。
以上内容均由AI搜集总结并生成，仅供参考
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