三维打印人造气动肌肉问世 可支撑超过自身千倍的重量

　　意大利研究人员展示了执行器的多功能性，这是一个由18种不同GRACE组成的气动手，采用单一打印工艺制造。

　　图片来源：意大利理工学院

　　意大利研究人员设计并制造了一种由3D打印结构组成的人造气动肌肉，其可根据需要伸展和收缩。据《科学·机器人》杂志报告，这是一种在单一打印过程中制造、由18种不同GRACE（能够收缩和拉长的执行器）组成的气动手。

　　人造肌肉的创造是机器人领域追求的目标之一，因为在自然界，肌肉组织具有复杂的特征，从快速而有力的收缩，到形状上微小而精确的变化都可灵活控制，还能进行高度灵活的运动。单个肌肉纤维只能实现收缩，尽管如此，但正是它们在复杂肌肉结构中的特定排列才能实现弯曲、扭转和对抗运动等关节变形。

　　研究小组此次从单个气动执行器开始尝试进行突破。每个执行器都可通过其几何形状简单地扩展、延伸和收缩，类似于带有褶皱的主轴，包括一个可使用不同材料和不同尺寸进行3D打印和制造的独立单元。各种GRACE打印并组装成复杂的架构，以提供所需的运动类型。

　　研究人员称，这些GRACE可制成不同的尺寸，可改变它们在变形和强度方面的性能，还能用各种材料和技术制造它们，甚至内置到要制造的结构中。

　　研究人员利用商用3D打印机经一次打印过程制造出了气动手，并展示了GRACE的特性。打印气动手所用的材料是一种软树脂，包含18个不同大小和形状的GRACE，因此只需十分之几帕的压力，就可弯曲手指、扭转手掌和旋转手腕。气动手重约100克，大小与人手相当。

　　全新的设计使气动手可支撑超过其自身1000倍的重量，具体取决于制造它们的材料。事实上，产生的力和所需的压力可通过使用不同刚度的材料、修改构成这些执行器的膜的厚度来增加或减少，同时保持相同的收缩和伸展性能。

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　　该成果的核心就是GRACE。这种执行器不但能收缩和伸展，还可在不同的尺寸上、尺度上，用不同的材料和机械性能来实现，进而完成前所未有广泛且逼真的运动。通过有效结合GRACE，科学家未来还可能3D打印出足够强大和灵活的“软体执行器”，应用范围从生物多样性保护，到老年人日常护理，让这一人造设备真正做到与自然和社会环境相结合。