科技日報記者?張夢然
意大利研究人員設計并制造了一種由3D打印結構組成的人造氣動肌肉，其可根據需要伸展和收縮。據《科學·機器人》雜志報告，這是一種在單一打印過程中制造、由18種不同GRACE（能夠收縮和拉長的執行器）組成的氣動手。
每個GRACE執行器都可簡單地通過其幾何形狀進行擴展、延伸和收縮，類似于帶有褶皺的主軸，可使用不同材料和不同尺寸進行3D打印。圖片來源：意大利理工學院
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人造肌肉的創造是機器人領域追求的目標之一，因為在自然界，肌肉組織具有復雜的特征，從快速而有力的收縮，到形狀上微小而精確的變化都可靈活控制，還能進行高度靈活的運動。單個肌肉纖維只能實現收縮，盡管如此，但正是它們在復雜肌肉結構中的特定排列才能實現彎曲、扭轉和對抗運動等關節變形。
研究小組此次從單個氣動執行器開始嘗試進行突破。每個執行器都可通過其幾何形狀簡單地擴展、延伸和收縮，類似于帶有褶皺的主軸，包括一個可使用不同材料和不同尺寸進行3D打印和制造的獨立單元。各種GRACE打印并組裝成復雜的架構，以提供所需的運動類型。
研究人員稱，這些GRACE可制成不同的尺寸，可改變它們在變形和強度方面的性能，還能用各種材料和技術制造它們，甚至內置到要制造的結構中。
研究人員利用商用3D打印機經一次打印過程制造出了氣動手，并展示了GRACE的特性。打印氣動手所用的材料是一種軟樹脂，包含18個不同大小和形狀的GRACE，因此只需十分之幾帕的壓力，就可彎曲手指、扭轉手掌和旋轉手腕。氣動手重約100克，大小與人手相當。
意大利研究人員展示了執行器的多功能性，這是一個由18種不同GRACE組成的氣動手，采用單一打印工藝制造。圖片來源：意大利理工學院
全新的設計使氣動手可支撐超過其自身1000倍的重量，具體取決于制造它們的材料。事實上，產生的力和所需的壓力可通過使用不同剛度的材料、修改構成這些執行器的膜的厚度來增加或減少，同時保持相同的收縮和伸展性能。
執行器的設計使其可以支撐超過其自身1000倍的重量，具體取決于制造它們的材料。圖片來源：意大利理工學院
總編輯圈點：
該成果的核心就是GRACE。這種執行器不但能收縮和伸展，還可在不同的尺寸上、尺度上，用不同的材料和機械性能來實現，進而實現前所未有廣泛且逼真的運動。通過有效結合GRACE，科學家未來還可能3D打印出足夠強大和靈活的“軟體執行器”，應用范圍從生物多樣性保護，到老年人日常護理，讓這一人造設備真正做到與自然和社會環境相結合。
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