向未來的機器人說聲“你好”：它們柔軟靈活，可以從墻上彈開或擠進狹小的空間。當你用完它們后，你可以將這些機器扔進堆肥箱進行分解。
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這是包括CUBoulder研究生EllenRumley在內的工程師團隊的愿景。在上個月發表在《科學進展》雜志上的一篇論文中，研究人員描述了他們對一種新型機器人執行器或“人造肌肉”的設計。該小組的執行器通過在柔軟的囊中四處移動液體來工作，可以為機器人的手臂和腿提供逼真的動作。它們還會在幾個月內自然溶解在土壤中，使它們比以前的模型更具可持續性。
“你可以將它們丟棄在工業堆肥箱中，”這項新研究的共同第一作者和CUBoulder的PaulM.Rady機械工程系研究員Rumley說。“我們希望該項目能夠激勵其他工程師開發具有可持續性的機器人技術。”
想想Baymax，電影BigHero6中的枕頭機器人，與可生物降解的食品袋混合在一起。
該項目源于ChristophKeplinger領導的長期努力，他曾任CUBoulder機械工程助理教授，現任德國斯圖加特馬克斯普朗克智能系統研究所所長。2018年，他和他的同事推出了一系列人造肌肉，他們稱之為液壓放大自愈靜電(HASEL)致動器。像人體肌肉一樣，這些執行器可以像二頭肌一樣彎曲機械臂，或者擠壓爪子和抓手。
但直到現在，他們做不到的是消失在垃圾填埋場。
在這項新研究中，該團隊開發了一系列完全由可持續成分制成的軟體機器人執行器。這些肌肉與傳統的HASEL致動器一樣用途廣泛，在某些情況下，可以彎曲100,000次或更多次而不會斷裂。
總部位于博爾德的公司ArtimusRobotics的聯合創始人Keplinger說：“我們最終得到了一種完全可生物降解的材料系統，并且仍然可以與由不可生物降解材料制成的執行器的關鍵性能指標相匹配，這尤其令人興奮。”開發和銷售HASEL執行器。
“新材料系統的可持續性現在為需要為一次性或短期使用設計的組件的應用開辟了非常有趣的途徑，例如，在食品處理或醫療應用領域。”
機器人的人造肌肉
拉姆利(Rumley)自己尋找一種不同類型的機器人可以追溯到幾年前。作為阿拉斯加安克雷奇的一名高中生，拉姆利加入了一個機器人俱樂部，在那里她學會了為FIRST科技挑戰賽設計機器人。她永遠無法克服由金屬和塑料制成的硬機器人的不雅之處。
“我覺得機器人的剛性是他們身體能力的一個很大限制因素，”拉姆利說，她在博爾德開始了她的研究生學習，然后于2020年移居德國，在開普林格實驗室擔任訪問研究員。“當你看到一個人走在機器人旁邊時，這種感覺尤其刺耳。”
然而，軟機器人有可能通過將工程學的進步與生物有機體的柔軟性和靈活性相結合來解決這些問題。
HASEL執行器由塑料袋內的變壓器油組成，塑料袋的一部分被一層薄薄的電導體覆蓋。Rumley說，如果你在導體上通電，袋子就會“拉在一起”，將液體從一端擠壓到另一端。因此，袋子會改變形狀，并可以向機器人肢體等設備施加力。
在CUBoulder的VenturePartners的支持下，Keplinger與TimMorrissey、EricAcome、ShaneMitchell和NickKellaris一起在2018年幫助創立了ArtimusRobotics將執行器商業化。Kellaris于2020年在CUBoulder獲得材料科學與工程博士學位，他也是這篇新論文的合著者。
在這項新研究中，Rumley和她的同事著手確定可以取代這些早期設計的每一部分的可持續組件。
她說：“我們正在尋找能夠制造高性能可生物降解肌肉的兼容材料的完美組合。”
作為系統和廣泛的材料科學工作的一部分，Rumley和她的同事們測試了各種可生物降解的候選材料，以替代其執行器中的塑料袋。一個不錯的選擇是可生物降解的聚酯混紡材料，通常用于購物袋，甚至還印有胡蘿卜圖案。
該團隊的人造肌肉最終設計幾乎可以像普通的HASEL致動器一樣起重，并將在大約6個月內在堆肥設施中降解。
未來的機器人
Rumley是2020年美國國家科學基金會研究生研究獎學金的獲得者，她將在CUBoulder獲得博士學位，但將在歐洲度過余下的時間作為學生。在那里，她學會了說一點德語并享受國際生活，盡管她有時會渴望科羅拉多州和阿拉斯加開闊的風景。
“我懷念涉水入河捉鮭魚的日子，”她說。“這在德國并不大。”
但這位工程師表示，成為幫助開創機器人技術新時代的研究團隊的一員是值得的。例如，Keplinger曾設想HASEL致動器有朝一日可以為類似鋼鐵俠的“套裝”提供動力，幫助癱瘓的人行走。
“這些應用程序真的很令人興奮，特別是對于可以幫助身體受損的人的設備，”Rumley說。“我有動力開發能夠為服務不足的人群提供支持的技術。”
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