一组科学家在《聚合物》杂志上 撰文，设计了一种用于软机器人应用的新型模块，该模块结合了超螺旋聚合物人造肌肉弦。在研究中，基于该模块构建了软机器人，为未来的研究奠定了基础。

动物使用肌肉等软组织来提供运动和其他重要功能。软组织的机械特性使动物能够储存能量、缓冲冲击并适应环境。

近几十年来，设计了许多模仿动物并实现仿生运动的软机器人。结合仿生软人造组件使这些机器人能够适应非结构化环境并赋予它们更高的灵活性和顺应性。在这些先进机器人的最新研究中，已经探索了许多应用。

软机器人利用不同的驱动方法和不同的材料和技术，包括气动驱动器、形状记忆合金、人工肌腱、形状记忆聚合物、液晶驱动器和离子聚合物-金属复合材料。

软机器人的模块化

软机器人技术的最新趋势是使用模块来构建具有不同功能的通用自适应软机器人，具体取决于它们的要求。模块化软机器人可以使用不同的驱动方法，每种方法都有其自身的优点和缺点。

例如，气动执行器柔软且具有生物相容性，但它们通常需要空气压缩机等笨重的附件，限制了它们在独立软机器人系统中的应用。形状记忆聚合物致动器具有生物相容性、高应变恢复和生物降解性，但它们的响应时间长。

液晶致动器具有优异的机械性能和各向异性行为，但这些致动器的加工技术仍处于起步阶段。软金属合金具有高功率密度、低工作电压和高可逆性，但由于它们不是软材料，在相变过程中会出现滞后现象。

选择正确类型的执行器是控制系统性能的关键因素。近年来，利用几种类型的执行器模块开发了几种类型的软机器人，包括抓手、机械手、游泳者和履带式机器人。

超螺旋聚合物人造肌肉

超螺旋聚合物人造肌肉是最近提出的用于软机器人模块的驱动方法。这些人造肌肉由不断扭曲的聚合物线或纤维构成，并为软机器人设计提供了一种新颖的解决方案，克服了其他驱动方法的问题。

这些人造肌肉已在软机器人中得到应用，包括游泳、爬行和抓握。此外，还设计了利用超螺旋聚合物人造肌肉的多功能模块。科学家们最近报告了将这些人造肌肉用作内部应变传感器。

虽然几项研究已经研究了这些人造肌肉作为执行器或传感器的能力，但缺乏对使用超螺旋聚合物人造肌肉的集成致动传感系统的研究。

研究

作者提出了一个包含超螺旋聚合物人造肌肉弦的模块。所提出的模块具有本体感知能力并结合了驱动感知功能。双向驱动能力使该模块能够在两个相反方向弯曲。采用内部软应变传感器来推断机器人的弯曲变形。

在研究中构建了原型软机器人，其中包含 2 层超螺旋聚合物人造肌肉弦。该团队使用该模块作为基本单元构建了一个机器人抓手和一个履带，并根据对其性能的观察，作者设想了其他机器人，例如受水母启发的游泳者。

根据任务需要，研究中提出的设备可用于传感或驱动角色。可以自适应地更改此功能以实现所需的结果，使其成为动态模块。

爬行器的灵感来自尺蠖和多刺植物，一端的多刺结构提供了必要的各向异性摩擦机制以允许运动。在研究中评估了该机器人的运动速度和效率。夹具在各种物体上进行了评估，以评估其感知和抓取能力。在不同的物体上使用夹具会产生不同的阻力-时间曲线。

未来研究

基于在本研究中观察到的有希望的结果，作者提出了进一步的工作来评估结合超螺旋聚合物人造肌肉模块的软机器人的性能和实际应用。作者将在未来的研究中开发更多利用所提出模块的软机器人。

作者将在未来涵盖的一个拟议研究领域是为夹具添加可变刚度功能，以使其能够抓取更广泛的物体。此外，未来的研究将在模块中加入可调刚度并增加模块的输出力。将采用理论建模来研究执行器和软机器人主体之间的相互作用。