來自德國斯圖加特馬克斯普朗克智能係統研究所 (MPI-IS)、奧地利林茨約翰內斯開普勒大學 (JKU) 和博爾德科羅拉多大學 (CU Boulder) 的國際研究人員團隊，美國，已將可持續性帶到軟體機器人的前沿。
他們共同開發了一種由明膠、油和生物塑料製成的完全可生物降解的高性能人造肌肉。科學家們展示了這項創新技術的潛力，用它來製作機器人抓手的動畫，特別有利於廢物收集等一次性應用。這些人造肌肉可以在市政堆肥箱中處理，並在受監控的條件下在六個月內完全生物降解。
Ellen Rumley，來自 CU Boulder 的訪問科學家，在 MPI-IS 的機器人材料部門工作，並與論文的第一作者強調了可持續材料在軟體機器人中的重要性:
“可生物降解部件可以提供可持續的解決方案，尤其是一次性應用，例如醫療操作、搜索和救援任務以及有害物質的操作。未來的機器人可以成為未來植物生長的堆肥，而不是在產品壽命結束時堆積在垃圾填埋場。”
開發可生物降解的 HASEL 人造肌肉
p>研究人員創造了一種名為 HASEL（液壓放大自愈靜電致動器）的電動人造肌肉。 HASEL 是充滿油的塑料袋，部分被一對稱為電極的電導體覆蓋。當在電極對上施加高壓時，相反的電荷會積聚，產生將油推到袋子的無電極區域的力。這種油遷移導緻小袋收縮，類似於真正的肌肉。為了使 HASEL 變形，用於塑料袋和油的材料必須是電絕緣體，能夠承受帶電電極產生的高電應力。
一個關鍵的挑戰是開發一種導電、柔軟且完全可生物降解的電極。 JKU 的研究人員使用生物聚合物明膠和鹽的混合物創建了一個配方，可以直接將其澆鑄到 HASEL 執行器上。
David Preninger，該項目的共同第一作者和軟物質物理部的科學家JKU 解釋說:
“製造適用於這些高性能應用的電極對我們來說很重要，但要使用現成的組件和易於使用的製造策略。”
圖片來源:馬克斯普朗克研究所
電氣性能和可生物降解塑料
下一個障礙是確定合適的可生物降解塑料。工程師通常將降解率和機械強度等因素置於電絕緣之上，這是對在數千伏電壓下運行的 HASEL 的要求。然而，某些生物塑料表現出與明膠電極良好的材料相容性和足夠的電絕緣性。
一種特定的材料組合使 HASEL 能夠在數千伏特下承受 100,000 次驅動循環，而不會發生電氣故障或性能損失。這些可生物降解的人造肌肉在機電方面與不可生物降解的對應物相比具有競爭力，從而促進了人造肌肉技術的可持續性。
Ellen Rumley 闡述了他們研究的影響:
“通過展示傑出的由於這種新材料系統的性能，我們正在激勵機器人社區考慮將可生物降解材料作為製造機器人的可行材料選擇。我們在生物塑料方面取得瞭如此巨大的成果，這一事實有望激勵其他材料科學家創造具有優化電氣性能的新材料。”
未來前景和應用
可生物降解人造肌肉的開發為機器人技術的未來打開了新的大門。通過將可持續材料納入機器人技術，科學家可以減少機器人對環境的影響，特別是在一次性設備普遍存在的應用中。這項研究的成功為探索更多可生物降解的部件和設計完全環保的機器人鋪平了道路。
可生物降解的軟體機器人的潛在應用超出了廢物收集和醫療操作。這些機器人可用於環境監測、農業，甚至消費電子產品，減少垃圾填埋場的負擔並為循環經濟做出貢獻。
隨著研究的繼續，團隊計劃進一步改進材料和工藝用於製造可生物降解的人造肌肉。通過與材料科學和機器人領域的其他專家合作，他們旨在開發新技術，推動可持續軟體機器人領域向前發展。研究人員希望鼓勵各行各業採用可生物降解材料，從而培養一種更俱生態意識的技術開發方法。
這個國際研究團隊的開創性工作代表了朝著更可持續的未來邁出的重要一步軟機器人。通過展示可生物降解人造肌肉的可行性和性能，它們為綠色技術的進一步發展鋪平了道路，並激勵機器人社區考慮為其創造的可持續替代品。