编者按:在合肥,“科里科气”是一种城市气质,这种气质藏在一位位创新者身上,藏在一家家科研机构里,更藏在一座座的实验室里。
实验室是每一项科研成果诞生的“源地”,合肥有着数不清的大大小小实验室,源源不断,输出着一项项原创科研成果,由内而外,让合肥散发着浓浓“科气”。
今起,合肥报业传媒集团科学+工作室推出“奇妙实验室”系列产品,记者带你走进各类实验室,感受科技的魅力和神奇。
赢一场比赛获800万奖励,在科大,厉害的不仅仅是学霸,还有机器人。
今天,科学+工作室走进中国科大张世武教授带领的仿生机器人实验室,看一看这里都有哪些神奇的机器人。
○撼地者机器人
撼地者机器人 灾后救援“全能战士”
能进火场,还能涉水;能做推动百公斤重物的“力气活”,也能旋转门把手这些“精细活”;能在浓烟等复杂环境自主避开障碍物,还能进行灾情处置和生命营救……它是一台灾后救援机器人,名叫“撼地者”,由中国科大和哈工大(深圳)联合开发。
在去年举行的首届“智创杯”前沿技术挑战赛中,“撼地者”机器人从海内外40支队伍中脱颖而出,在“灾后区域的探测与处置”比赛中摘取桂冠,获800万元人民币奖励。
从外形上看,“撼地者”机器人是一个名副其实的“大家伙”,重约250公斤,高约1.2米,是一款以履带式底盘和二指夹爪机械臂为基础的多功能车辆。
虽然外形看上去笨重,但其实它是一个“灵活的胖子”。
中国科大工程学院博士后高纬介绍,“撼地者”的二指夹爪机械臂有6个自由度,每个关节能进行360度旋转,对它来说搬运、抓取物体、旋转阀门、开门、按按键等考验灵敏度的任务都能较好完成。
在陆地有着出色表现,它在水中也能正常运行。为了让机器人适应水中救援,团队给机器人做了防水处理。由于性能较齐全,适应环境较多,“撼地者”也被称为是“全能战士”。
○外骨骼康复机器人
外骨骼康复机器人 帮助偏瘫患者康复的智能帮手
偏瘫、截瘫病人的术后康复一直是社会关注热点,记者在实验室里看到一台可用于下肢康复的外骨骼机器人。
中国科大研究生杨泽说,这台机器人是固定在支架上,当患者需要进行康复训练时,可以穿上这套机械装备,通过机器带动病人下肢进行运动。外骨骼康复机器人在促进肌肉恢复的同时,也能降低病人、医护人员的体力消耗。
当患者进行康复训练时,会产生不同的力度,这就需要机器人根据力度给出相应的辅助力。
“机器人给的辅助力过大或过小,都会影响患者的平衡,所以我们在这款外骨骼康复机器人装有多个传感器,能感知人体的发力程度,并做出相应的辅助。”杨泽说,当前展示的二代外骨骼,在一代的基础上,各个关节添加了扭矩传感器,后续团队还会进行算法开发,感知病人和机器人之间的交互力,实现柔性交互和按需辅助。
“我们研究的最终目标是实现无支架辅助,让患者穿戴上这套机器人,不受支架的限制,实现自由、安全的行走。”杨泽说。
○柔性灵巧手
柔性灵巧手 捏针、抓球……这只机器手很“灵巧”
轻轻捏起一根针、稳稳抓住一个球、握起饮料罐、手指比划数字……完成这些动作的是一台名叫“柔性灵巧手”的机器手。
在实验室,记者看到这台仿照人手一比一制作的机器手,摸上去材质很柔软,它不仅每个手指会动,手指的每个关节也能动。
“这台机器手是3D打印而成,材质为硅胶蒙皮,重约700克,可以完成捏针、抓球等许多精细动作。”中国科大研究生陶哲介绍,这是一款基于形状记忆合金弹簧驱动的柔性灵巧手,作为一种智能材料,形状记忆合金弹簧具有质量轻、性能稳定、高温收缩低温放松的特性。
“我们设计了这款柔性灵巧手,以形状记忆合金弹簧阵列作为驱动器,不仅做到了质量轻、便携,更重要的是实现了每根手指的独立运动。”陶哲介绍。
这款机器手有何用途?
陶哲介绍,目前该团队将这款机器手做到了19个自由度的独立驱动,突破了现有电机驱动系统的限制,再配合肌电检测技术,将会对诸如上肢截肢患者的假肢设计制造、机械手的柔性抓握等提出新的解决思路。
○注入液态金属
液态金属 研制出液态金属人工肌肉
金属不仅仅是固体,还有液体形态。在实验室中,科大博士研究生舒健向记者展示了液态金属“镓铟合金”。
“其实液态金属并不罕见,比如人们常见的水银。不过水银有毒,还容易挥发,而镓铟合金几乎没有毒性,镓铟合金是目前已知液体中表面张力最大的液体,是水的十倍,而且它的表面张力可以用电化学方法调控,在通电后能呈现出收缩和舒张的形态,就像人的肌肉一样,能伸能缩。”舒健说。
舒健向记者演示两个小实验:一是在氢氧化钠溶液内加入镓铟合金,通电后,液态金属就自动向电场的正极方向运动;二是将镓铟合金滴到一个容器内,通电后,液态金属就像人体肌肉一样收缩舒张。
小实验的背后是一项正在研发的前沿科技——利用液态金属研发人工肌肉。
“液态金属是一种新的功能性材料,我们的研究目标是希望利用液态金属可以运动、变化和导电性好等特点,运用到机器人研制中。”中国科大张世武教授介绍,液态金属机器人有着广阔的应用前景。
梦想正在照进现实。
近日,张世武教授、金虎副研究员与合作者合作,提出了一种基于电化学方法改变液态金属表面张力的方法,设计出可模仿肌肉的收缩及舒张功能的液态金属人工肌肉,并驱动仿生机器鱼游动了40分钟,为柔性驱动器在微机电系统、生物医学等领域的应用提供全新思路,相关成果发表在国际顶级期刊《先进材料》上。
科技源于梦想,相信未来科技会带给我们更多惊喜。
合肥报业全媒体记者 蒋瑜香/文 袁兵/摄