受象鼻启发，哈工大新型“柔性机器人”能否撬动这个780亿市场？

随着柔性机器人的迅速发展，人们逐渐认识到，我们以往对机器人的印象——冰冷、僵硬，仅仅是刻板观念。近期，许多研究团队从自然界汲取灵感，设计出多种形态的柔性机器人。哈尔滨工业大学冷劲松教授团队便是其中之一，他们受到象鼻的启发，设计出了一种新型的弯曲螺旋可伸展/收缩气动人工肌肉。

这一创新成果被国际著名期刊Soft Robotics刊登。哈尔滨工业大学的机器人技术研究在国内处于领先地位，是我国最早开展机器人技术研究的高校之一，也是我国多款机器人的诞生地。

那么，什么是气动人工肌肉呢？简单来说，它是人造肌肉的一种形式。这种电活性聚合物是一种新型智能高分子材料，能够在外加电场下通过内部结构的改变伸缩、弯曲、束紧或膨胀，其特性与生物肌肉纤维非常相似。而气动人工肌肉则是由外部的压缩空气驱动进行推拉动作的人造肌肉。它具有柔顺性、轻量性、绿色性等优势。

这种材料的重量极轻，最小仅重10g，但却能提供巨大的力量。用“四两拨千斤”来形容它再恰当不过。由于其具有与生物肌肉纤维相似的仿生编织结构以及骨骼肌的特性，气动人工肌肉在软体仿生机器人、变刚度静水骨骼等领域得到了广泛的应用。它在医学、机器人、军事、航天、光学等领域也发挥着重要作用，具有巨大的商业潜力。

早在20世纪40年代，科研人员就开始对这一领域进行研究。近年来，随着科技的进步，气动人工肌肉的研究取得了长足的进展。例如，MIT科研团队曾利用两种热膨胀系数不同的聚合物材料制成的新型人造肌肉，一经加热便可自由伸缩，提起比其自身重650倍的物体。

而哈工大研究团队受到象鼻的启发，设计了一种新型的柔性机器人。气动人工肌肉的运动在一定程度上局限于单轴收缩和拉伸，这限制了其发展。为此，该团队在可伸展/收缩的气动人工肌肉的基础上，设计了新型的弯曲螺旋可伸展/收缩气动人工肌肉（HE-PAMs/HC-PAMs）。这种新型肌肉组织能够在膨胀时产生绕轴的弯曲、旋转运动，使致动器产生螺旋变形，类似于象鼻在动物园中的弯曲旋转运动。

HE-PAMs/HC-PAMs主要由端部配件、弹性管、编织管和嵌入式柔性框架组成。当它们膨胀时，会产生绕轴的弯曲和旋转运动，使机器人能够执行复杂的任务。研究团队还通过一个仿象鼻的高自由度柔性臂来探索HE-PAMs/HC-PAMs在柔性机器人领域的潜在应用。HC-PAMs输出和负载能力很强，而HE-PAMs则可产生更多的变形。

值得一提的是，该研究团队还提出了统一的理论方法，为其他研究人员提供了可靠的参考。他们通过实验和分析建立了气动人工肌肉的广义弯曲行为模型，并在相同的理论框架下研究了轴向、弯曲和螺旋气动人工肌肉的特性。这些不同形式的气动人工肌肉可广泛应用于软体分类机器人、搜索机器人、生物机器人、运动辅助外骨骼、力反馈可穿戴设备等领域。它们的出现无疑将为未来的科技发展带来革命性的变革。科技前沿：柔性机器人的崛起与未来应用展望】

随着科技的飞速发展，人们对机器人的需求已不再是冰冷的钢铁战士，而是更为智能、灵活的柔性机器人。这背后离不开人们对柔性机器人领域的深入研究和持续关注。从科幻小说中的构想，到今日前沿科技的实践，柔性机器人的每一步发展都牵动着科技领域的心弦。

追溯历史，捷克斯洛伐克的卡雷尔·恰佩克在其科幻小说中创造了“机器人”一词。如今，百年之后，机器人技术已经发生了翻天覆地的变化。特别是柔性机器人，这一领域的进步令人瞩目。与传统的刚体机器人相比，柔性机器人以其独特的柔软性、优良的环境适应性、超强的安全性以及良好的人机互动性赢得了广泛的关注。

香港科技大学机器人研究院院长王煜教授在2018年世界机器人大会上指出，软体材料的互动性远优于刚体材料。以软体材料制作的机器人将开辟新的应用领域。尽管目前仍存在技术难题，但研究人员正在积极寻求突破，如中国科学院理化技术研究所的刘静团队以及MIT的研究人员都在该领域取得了显著的进展。

全球机器人市场规模持续扩大，机器人产业稳步增长。预计在未来，柔性机器人将成为商业运用的主流趋势之一。其在工业和医疗领域的应用前景尤为广阔。特别是在医疗领域，柔性机器人在手术中的应用已经展现出巨大的潜力。达芬奇手术机器人等先进技术的出现，为医生提供了更多的操作可能性，使得手术更为精确。

工业机器人领域的柔性机器人应用也在不断发展。随着新材料和技术的投入，工业机器人的类人精细化操作能力逐渐增强。例如，日本爱普生推出的新型折叠手臂六轴机器人，在狭窄空间内完成了灵活操作，大大提高了工作效率和成本效益。

哈尔滨工业大学航天学院的冷劲松教授及其团队在智能材料系统和结构方面的研究为柔性机器人的发展开辟了新的可能性。他们的研究成果不仅展示了未来机器人的发展趋势，也为我们揭示了柔性机器人在各个领域的应用前景。冷劲松教授自1992年起便在哈工大开展智能材料系统和结构的研究，其研究方向广泛，包括智能材料系统和结构系统、光纤传感器等。这些研究为柔性机器人的发展提供了强大的支持。随着科技的发展，我们有理由相信未来的机器人将更加智能、安全、多样化和广泛应用。未来柔性机器人在商业环境中的应用将更加广泛，它们将在智慧物流、智能制造等领域发挥重要作用。因此我们可以预见，未来的机器人产业将朝着轻型化、柔性化、智能化的方向发展。柔性机器人的发展将为我们的生活带来极大的便利和改变。冷劲松教授是一位在国际材料科学领域享有盛誉的专家。他不仅担任了International Journal of Smart & Nano Materials杂志的主编，还是Smart Materials & Structures和Journal of Intelligent Material Systems and Structures等权威国际杂志的副主编。在学术界的表现也极为出色，冷教授于2006年获得了教育部新世纪优秀人才计划的荣誉，2007年更是成为长江学者特聘教授。值得一提的是，冷劲松教授在学术生涯的巅峰时期，于2018年当选为欧洲科学院物理与工程学部的外籍院士（Members of the Academia Europaea），这充分证明了他的卓越成就与全球影响力。他的职业生涯无疑是璀璨的，而他对科学的热情与追求无疑也为年轻一代树立了榜样。