這篇文章是我們與IEEE Xplore合作的獨家IEEE期刊觀察系列的一部分。

當(dāng)我們考慮生物啟發(fā)機(jī)器人的靈活性時，最好的例子通?？梢栽谀７抡卖~手臂或大象軀干的軟體機(jī)器人中找到，它們有一些獨特的能力。但大多數(shù)動物在某種程度上都是柔軟的，只是通常與剛性的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相配合。這是一種復(fù)雜的安排，盡管它在動力和控制方面具有一些明顯的優(yōu)勢。

東京工業(yè)大學(xué)的研究人員一直在嘗試模仿動物界中可以說是最令人印象深刻的靈活性和力量的組合之一：長頸鹿的脖子。長頸鹿的脖子可以重達(dá)150公斤，長達(dá)2米，但它們已經(jīng)進(jìn)化得既彎曲又強(qiáng)壯，這不僅是為了獲得那些美味的高生長的樹葉，而且還因為雄性長頸鹿用它們的脖子互相爭斗，偶爾會死磕。對于設(shè)計大型機(jī)器人來說，還有什么更好的靈感嗎？

作為實現(xiàn)強(qiáng)大而靈活的機(jī)器人的第一步，我們建立了一個半規(guī)模的肌肉骨骼機(jī)器人，根據(jù)解剖學(xué)知識模仿長頸鹿脖子的結(jié)構(gòu)和機(jī)制，并再現(xiàn)了它的部分特征。

該機(jī)制包括一個使用3D打印機(jī)制造的骨骼機(jī)制，一個使用橡膠材料和拉力器模仿頸部韌帶的重力補(bǔ)償機(jī)制，一個使用薄的人造肌肉的冗余肌肉驅(qū)動系統(tǒng)，以及一個使用橡膠盤和模仿韌帶的特殊關(guān)節(jié)。

機(jī)器人長頸鹿的頸部盡力模仿實際長頸鹿頸部的結(jié)構(gòu)（論文中包括一張部分解剖的真正長頸鹿頸部的照片），椎骨和肌腱的排列方式類似--薄薄的麥基本氣動人工肌肉以真實肌肉的方式提供收縮力。這很復(fù)雜，但它實現(xiàn)了大量的靈活性。

東京工業(yè)大學(xué)

這篇論文的作者很有幫助地指出，長頸鹿能夠無損地利用其頸部接觸的力量和靈活性，這不是傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)能夠做到的。

到目前為止，研究人員還沒有開發(fā)出具有與長頸鹿的脖子相似的力量和靈活性特征的機(jī)器或機(jī)器人。例如，如果兩臺實際的工業(yè)起重機(jī)打架，很容易想象其損害將是災(zāi)難性的，導(dǎo)致兩臺起重機(jī)破碎。

我現(xiàn)在試圖想象兩只實際的工業(yè)起重機(jī)打架，這幾乎可以肯定不會像這樣。

總之，研究人員建議，開發(fā)一個具有實用的力量、靈活性和控制組合的機(jī)器人系統(tǒng)，用長頸鹿的模型可能比用大象的軀干模型更直接。你會犧牲一些柔軟性和靈活性，但你也許能夠真正使它以一種能夠執(zhí)行工業(yè)應(yīng)用中所需要的力量的方式工作。

這個機(jī)器人的名字是長頸鹿頸部機(jī)器人1號，雖然不是最有創(chuàng)意的，但確實暗示了其他機(jī)器人將隨之而來。從聲音來看，下一步將通過使用液壓而不是氣動執(zhí)行器，將功率提高幾個數(shù)量級（！）。

長頸鹿機(jī)器人。東京工業(yè)大學(xué)的Atsuhiko Niikura、Hiroyuki Nabae、Gen Endo、Megu Gunji、Kent Mori、Ryuma Niiyama和Koichi Suzumori在《IEEE機(jī)器人和自動化通訊》上發(fā)表了題為 "邁向基于長頸鹿解剖學(xué)的強(qiáng)大和靈活機(jī)器人原型的第一步 "的文章。