像一隻靈巧的尺蠖，牢牢地抓住圓形管，在一伸一縮中蜿蜒前行。這是采用天津大學科技工作者研發的一種新型模塊化柔性驅動方法並用3D打印機直接“打印”出來的軟性機器人。

軟性機器人因其較高的柔性和對人體(ti) 安全等優(you) 點，在近幾年得到了持續廣泛的關(guan) 注。而3D打印的優(you) 勢就是製造複雜形體(ti) 、複雜結構而且不需要後續加工，可一次成型。打印免組裝結構，是3D打印技術製造軟性機器人近年來一個(ge) 比較典型的應用。

(圖片說明：基於(yu) 薄膜氣缸的新型氣動人工肌肉設計理念及其應用場景)

近日，天津大學左思洋、劉建彬課題組提出了一種基於(yu) 薄膜氣缸的新型模塊化柔性驅動方法，並通過根據具體(ti) 應用改變排列組合方式以及合理布置連接方案，將其應用於(yu) 人工肌肉和管道爬行機器人中。該方法基於(yu) 一次3D打印成型的製造技術，省掉了傳(chuan) 統機電設備加工製造中的裝配流程，大幅降低了驅動模塊的製造成本和周期，且具備耗氣量小、動態響應高、可靠性高、對應用場景適應性強等特點。該成果2021年1月初在線發表在《美國電氣電子工程師學會(hui) 機器人和自動化快報（ IEEE Robotics and Automation Letters）》上。

(圖片說明：基於(yu) 薄膜氣缸的管道爬行機器人設計理念)

“每一個(ge) 薄膜氣缸就好比人體(ti) 的一小塊肌肉，或者爬蟲的一個(ge) ‘節’，隻不過是用熱塑性聚氨酯材料做的。”劉建彬解釋說，采用這種新型薄膜氣缸結構是團隊的“奇思妙想”，如果把這個(ge) 結構比喻成一個(ge) 基本的肌肉單元，那根據不同的應用需求再對這些單元的連接方式進行排列組合和布局連接，就像是把一個(ge) 個(ge) 的肌肉單元連接起來形成一整塊肌肉，然後再應用於(yu) 不同場景，而整塊“肌肉”的製造過程則采用了3D打印技術，一次成型。

基於(yu) 此創意，課題組首先提出了一種新型氣動人工肌肉，可應用於(yu) 柔性外骨骼等人機交互裝備的驅動中。氣動即以壓縮空氣為(wei) 動力源，帶動機械完成伸縮或旋轉動作。與(yu) 傳(chuan) 統氣動人工肌肉相比，該設計最突出的特點是不會(hui) 產(chan) 生厚度方向的膨脹，從(cong) 而避免了對人體(ti) 的擠壓。此外，課題組還提出了一種新型氣動管道爬行機器人，可應用於(yu) 工業(ye) 管道設施的檢查和實時監控。該管道爬行機器人采用仿生尺蠖原理，通過巧妙布置薄膜氣缸單元之間的連接，實現機器人在管道內(nei) 、外壁麵爬行。柔性驅動方式的應用使該機器人能夠適應大範圍管道直徑的變化，並可應對直管、彎管、豎管、水平管以及各種角度傾(qing) 斜管應用場景，同時機器人可承受自重80倍以上負載。

因為(wei) 采用了氣動的方法驅動，軟性機器人隻能拖著長長的氣管尾巴工作。如果將傳(chuan) 感器集成到設備中，也就能去掉這些氣管尾巴，使機器人更獨立精致，而這是科學家們(men) 未來的努力方向。