折纸骨架赋予人工肌肉力量 新型软体机器人可举起自身体重1000倍物体

多年来软体机器人一直是一个很有前途的研究领域，但是这些灵活的创造品由于没有一个重要的特征而受到限制：力量。现在，来自麻省理工学院CSAIL和哈佛大学Wyss研究所的科学家们想出了给软体机器人一些力量的方法，即用刚性的折纸骨架来装备它们。

周一发表在PNAS杂志上的一篇论文中，研究人员描述了一种新型柔软的人工肌肉，可以用来制造软体机器人。每个肌肉由一个充满空气或流体的密封袋组成，其中包含一个可折叠的折纸结构作为骨架。当使用电动泵减少包内的压力时，整个结构就像手臂或腿部的肌肉一样膨胀和收缩。这听起来不像是一种获得力量的配方，但是这些人工肌肉比人类肌肉要强得多，能够举起自己体重1000倍的物体。

“软体机器人有很大的潜力，但是到目前为止，其中一个局限性是有效载荷。”CSAIL主任兼论文主要作者Daniela Rus教授告诉The Verge， “[它们]非常安全，非常温和，但不擅长举重的物品。这种新的方法使我们能够制造强大而柔软的机器人。”

这种人工肌肉有很多潜在的用途，最明显的是仓库和物流操作，它们可以安全地处理易碎和精细物体，如水果。它们也非常适合挑选具有不寻常形状的物体，这是机器人领域持续的挑战，亚马逊每年都会举办一场竞赛，试图解决这个问题。

一些研究人员使用吸盘等抓取器来处理不规则的形状，而另一些则使用AI来尝试及计算抓住目标的最佳方法。然而，软体机器人可以简单地伸手抓住，依靠抓手的变形形状将围绕目标模制。Rus说，在这方面，它们与人类的手相似，可以“包裹住物体，不管它是什么形状”。新的折纸骨架允许它们处理更重的物体，使得这种软的抓取器更有用。

尽管如此，新肌肉也有其缺点。最大的问题是，它们不像传统机器人那样容易控制或重新编程。人工肌肉进入的方向完全取决于它们内部结构，一旦创造，就不能改变。Rus说：“在骨架内部组成不同的运动模式，定义整个系统如何运动。换句话说，如果你这样或那样折叠内部的折纸结构，你可以把它折叠成你喜欢的任何方向。

尽管如此，这并不像你想象的那么有限。我们可以使用算法来查找以接近无限的方式折叠折纸图案，以便这些肌肉可以执行甚至复杂的运动，如扭曲。 (这在装配线中可能是有用的)。但是，这仍然意味着这些人工肌肉不像更传统的工业机器人那样动态或适应性强。

不过这一点可以与其他好处平衡。首先，因为肌肉运动的方式是由其结构定义的，所以它不需要一个复杂的电子控制系统来告诉它该做什么 —— 只需要打开或关闭它。肌肉也可以用廉价轻质材料制造，这意味着它们可以快速制造并且容易修理。这意味着人工肌肉可以用来建造廉价的外骨骼，我们可以将之绑在身体上，以增加自己的力量。

对于Rus来说，真正的魔力是这些肌肉可以非常轻松地组合和重新设计，以创造新的形式举重、推拉机器。 “我多年前就开始从事折纸工作，因为我有兴趣制作具有可编程性能的模块化机器人;我想创造可编程的事情。“她说。从那以后，她就把折纸通过编程运用到各种各样的创作中，从小巧的机器人，扁平的外骨骼，到可以在胃里展开的摄取机器。 “折纸有这个美丽的普遍性。”罗斯说。

但是，由于它们承重强大且可以轻松连接在一起，这些人造肌肉可能是最有潜力的。 “我们已经展示了四个肌肉的组合，形成一个可以拿起轮胎的抓手。” Rus说，“如果我们在那里放了一个关节，又增加了一个手臂，那么我们不仅能把轮胎抬起来，还可以把它移到任何地方。”

那接下来是什么? 建立一个像真正的大象那样“灵活而强大”的软体机器人象鼻。 Rus说：“它和人类一样强大。”