由聪明人领导的研究团队材料专家Stefan Seelecke教授和Saarland大学的初级教授Gianluca Rizzello正在探索这一领域的基本方面柔软的机器人．
在未来的工厂里，人类和机器将和谐地并肩工作，作为一个团队，在任何需要的时候都可以联合起来——就像机器人同事是血肉之躯一样。尽管协作机器人(“cobots”)已经被部署在工业生产线上，但真正的机器人与人类的手拉手团队合作仍有一段路要走。
问题在于与人类同事的身体接触，他们的行为——不像那些机器人-不要遵循可预测的算法。人类工人可能会感到疲劳或心烦意乱，结果可能会突然行动，甚至不合逻辑。这对安全性有明显的影响，也解释了为什么目前在生产线上使用的机器人手臂通常被关在笼子里。对任何靠得太近的人来说，事情都会变得危险。一般来说，工业机器人是大型、重型机器。但它们也很强大、快速和敏捷，用于广泛的操作，如焊接、组装、油漆、堆垛和起重。然而，它们所执行的动作完全是由控制它们的程序所决定的。如果有人挡了他们的路或离他们太近，后果可能会很严重。
萨尔大学的团队和机电一体化及自动化技术中心(ZeMA)正在研究新型智能机器人手臂。Seelecke解释说:“我们的技术是基于智能聚合物系统，使我们能够创造新型的软机器人工具，比目前使用的刚性部件更轻、更可操作、更灵活。”来自未来机器人手臂的一个意外推，更像是被人类同事推(而且不太可能把你推到医院)。
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用于这些新型软机器人手臂的材料是一种特殊的聚合物，被称为“介电弹性体”。研究人员正在使用这种复合材料来创造人造肌肉年代和神经。介电弹性体的特殊特性使人们有可能开发出受大自然中巧妙设计启发的系统。这些弹性体可以被压缩，但也可以被拉伸以恢复原来的形状。“我们在弹性体材料的两侧打印电极。当我们施加电压时，两个电极相互吸引，压缩聚合物并导致其向外扩张，”Rizzello博士说，他是自适应聚合物基系统的初级教授。
这种弹性体可以像肌肉组织一样收缩和放松。Rizzello解释说:“我们在设计执行器时利用了这一特性。通过精确改变电场，工程师可以使弹性体执行高频振动或连续可变弯曲运动，甚至保持在一个特定的期望的中间位置。
然后，研究人员将大量的这些小“肌肉”组合在一起，创造出一个灵活的机器人手臂。当以这种方式组合成一个机器人触手时，肌肉之间的相互作用产生了模仿章鱼手臂的动作，可以向各个方向扭动和转动。与目前使用的笨重、僵硬的机器人四肢不同的是，这些新的机器人触手几乎可以自由地向任何方向移动。机器人四肢和人类一样，只能在特定方向上执行动作。
Rizzello和他的博士生Johannes Prechtl最近在RoboSoft 2021年会议上获得了最佳论文奖，他们开发了一种基于介电弹性体的触手原型。该团队希望在大约一年的时间内完全开发出这种触手的原型。
说到把智慧注入聚合物材料，里泽洛算是个专家。他为控制单元(即机器人的“大脑”)提供以智能方式移动手臂所需的输入，这是一项高度复杂和雄心勃勃的任务。“这些系统比现在使用的机器人手臂要复杂得多。使用人工智能与控制传统的机械电子系统相比，控制聚合物基组件更具挑战性。”Rizzello解释道。
由于弹性体肌肉也具有传感器特性，它们可以作为系统的神经，这意味着机器人手臂不需要配备额外的传感器。“弹性体的每一次变形，其几何形状的每一次变化都会导致材料的电容发生变化，这使得研究小组能够为弹性体的任何特定变形指定精确的电容值。通过测量电容，我们可以准确地知道弹性体的形状，从而提取传感器数据。”Rizzello解释道。
这些定量数据可以用来精确地建模和编程弹性体手臂的运动。Rizzello的研究工作的重点是开发智能算法，可以训练这些新型机器人的触手，以所需的方式移动和响应。“我们正试图揭示这些聚合物的物理性质。我们知道的越多，就能设计出更精确的算法来控制弹性体肌肉，”Rizzello博士说。
萨尔州正在开发的技术将是可扩展的。它可以用来为医疗器械制造微型触手，也可以为工业应用制造大型机器人手臂。但与今天使用的沉重的机器人手臂不同，由智能橡胶制成的机器人四肢将轻得多。“我们的机器人手臂不需要由马达或液压或气动系统驱动，它们可以简单地由电流驱动。弹性体肌肉还可以生产出满足特定应用要求的形状。而且它们消耗的电力非常少。根据电容的不同，电流在微安范围内流动。这种类型的软机器人技术在未来有着巨大的前景，因为它既节能又具有成本效益，”Seelecke总结道。
来源:萨尔州大学
