想要變得更強？游泳健身……不對，“肌肉布料”了解一下！

如果有一天，你需要搬著兩桶水上下沒有電梯的樓，你得做什么準(zhǔn)備？游泳健身……不對，“肌肉布料”了解一下！

提到可穿戴機器人，你想到的肯定是“機甲戰(zhàn)士”，走起路來咯吱咯吱。最近韓國機器研究院研發(fā)出的新材料一改鋼筋鐵骨，將可穿戴機器人化身為“肌肉布料”，你只需要穿上用這種布料制作的衣服，就能輕松低調(diào)地獲得超人般的力量！

“肌肉布料”可以自主收縮、舒張，輔助用力丨KBS NEWS

肌肉布料，穿上就行

這種“肌肉布料”的出現(xiàn)，使穿戴機器人向著便宜輕便、易于穿戴的靜音產(chǎn)品邁出了一大步：只要將它貼在衣服上，你就能瞬間變成大力士。

通電使肌肉布料收縮與舒張丨KBS NEWS

“肌肉布料”不需要額外的發(fā)動機，人們通過通電加熱即可調(diào)整它的工作狀態(tài)。“肌肉布料”通過自身的收縮與舒張，分擔(dān)操作者的受力，從而使操作者能夠承受更大的力量，完成對重物的托舉與搬運。成人手掌大小的肌肉布料，就可以輔助搬運10公斤的物品。

6.6克的肌肉布料可以承載10千克的重物丨KBS NEWS

這種布料并不是由一般的棉麻線組成，其中的“織物”是形狀記憶合金。這種記憶合金直徑僅20微米，常溫下是舒展?fàn)顟B(tài)，通電加熱后就會收縮。通過控制布料形態(tài)，可以模擬真實肌肉的舒張與收縮。同時，肌肉布料里面還有用于測量溫度和測量收縮長度的傳感器，用來向控制系統(tǒng)反饋肌肉布料的實時狀態(tài)。

形狀記憶合金線纜，常溫下保持舒展，受熱后收縮成彈簧狀丨engineerguy/Youtube

這并不是形狀記憶合金第一次被用在可穿戴設(shè)備上，2019年，韓國機器研究院就進行了一次嘗試。研究人員設(shè)計了一套服裝，將形狀記憶合金以插件的形式內(nèi)嵌到服裝的臂筒上，從而形成服裝型可穿戴機器人(STWR, Suit-type Wearable Robot)。

新型服裝式可穿戴機器人STWR原理圖丨參考文獻[3]

服裝型可穿戴機器人方便易用。打開開關(guān)，肌肉布料受熱收縮帶動手臂，輔助穿戴者搬運重物；搬運過程中保持肌肉布料的供電就可使其維持穩(wěn)定收縮狀態(tài)；搬運結(jié)束后關(guān)閉開關(guān)，自然冷卻即可使布料變?yōu)槭鎻垹顟B(tài)。

新型服裝式可穿戴機器人STWR實物圖丨參考文獻[3]

服裝型可穿戴機器人有兩種工作模式：搬運模式和普通模式。普通模式并不會為你提供額外力量。需要使用時可以旋轉(zhuǎn)開關(guān)，快速實現(xiàn)搬運模式的切換。搬運模式下，兩塊肌肉布料最大可產(chǎn)生200牛的牽引力，功率為300瓦，可讓穿戴者毫不費力地舉起20公斤重的物品。

可穿戴機器人：軟硬都不能少

如此看來，笨拙的“鎧甲式”機器人好像分分鐘就可以被“肌肉布料”代替。其實在不同的使用場景中，孰強孰弱還真不好說。

科幻電影里炫酷的動能裝甲，有著硬朗的外形和機械結(jié)構(gòu)，這種力大無窮但稍顯笨拙的鐵骨銅臂，也是早期進入大眾視線的硬式可穿戴機器人，因為骨骼的形態(tài)也被稱為外骨骼機器人。

法國研發(fā)出一款A(yù)talante外骨骼機器人，主要用于下肢康復(fù)，輔助患者站立或行走。穿戴者可以左右晃動和彎腰撿東西。

外骨骼機器人有著軟型機器人難以替代的優(yōu)勢。首先，豐富的技術(shù)積累使其產(chǎn)品化程度較高，已在不同場合有了廣泛的應(yīng)用。同時，外骨骼機器人材料的剛性較高，可以承受更多的重量，負(fù)載能力更強，續(xù)航能力也更強。在工廠流水線和物流搬運等場合，對效率要求較高，而對外觀和佩戴舒適度要求較低，此時外骨骼機器人相對來說更能勝任。

不同功能的外骨骼機器人丨ulsrobotics

但外骨骼機器人產(chǎn)品還達不到“穿戴無感”的程度，穿戴者需要忍受重量和噪音帶來的痛苦。

類似蜘蛛俠戰(zhàn)衣一樣的肌肉布料，是軟式可穿戴機器人的代表。軟式可穿戴機器人輕便柔軟，使用時更加舒適，無感化程度更高。因為其很高的靈活性，在某些場合能很好地貼合身體以提供良好的體驗。

哈佛大學(xué)的研究團隊曾推出了一款類似手套的可穿戴康復(fù)軟體機器人，其中使用了人造氣動肌肉，可以輔助人們進行康復(fù)訓(xùn)練。丨National Science Foundation/Youtube

外骨骼可穿戴機器人出現(xiàn)的時候，人們驚嘆于“未來已來”，如今“肌肉布料”的出現(xiàn)，也立刻引發(fā)了種種討論，人們大膽揣摩放飛想象的翅膀：“使用肌肉ATP供能”、“利用重力進行儲能”、“基于人體工程學(xué)的原理利用人體肌肉拮抗進行儲能”……

這讓我想到《賽博朋克2077》。在夜之城自由馳騁的我時?；孟?，植入義體是否會成為趨勢，仿生人又會不會成為新的物種？

技術(shù)的發(fā)展是循序漸進的，肌肉布料也是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性的融合不同領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)出來的。相信在未來，會有越來越多輕便易用的可穿戴設(shè)備從實驗室走向大眾。血肉苦弱，機械飛升，今天的肌肉布料，會不會成為我們走向全民義體化賽博朋克未來的第一步呢？

參考文獻

1.Gopura, R. A. R. C., Bandara, D. S. V., Kiguchi, K. & Mann, G. K. Developments in hardware systems of active upper-limb exoskeleton robots: A review. Robot. Auton. Syst. 75, 203–220 (2016).

2.Polygerinos, P. et al. Towards a soft pneumatic glove for hand rehabilitation. IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Tokyo, Japan, https://doi.org/10.1109/IROS.2013.6696549 (2013, Nov. 3–7) (2013).

3.Park, S.J., Park, C.H. Suit-type Wearable Robot Powered by Shape-memory-alloy-based Fabric Muscle. Sci Rep 9, 9157 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-45722-x

4.楊建楠,黃彬,谷小軍,王駿,張亞輝,朱繼宏,張衛(wèi)紅.形狀記憶合金力學(xué)行為與應(yīng)用綜述[J/OL].固體力學(xué)學(xué)報:1-41[2021-05-18].https://doi.org/10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.028.

5.郭良,張修慶.金屬基形狀記憶合金研究進展[J].功能材料與器件學(xué)報,2020,26(05):323-330.

作者：Smile

編輯：Owl、窗敲雨