从人工肌肉仿生手臂 到 仿生机器人

文摘   2024-10-25 23:27   江苏  

昨天,波兰的机器人公司 Clone Robotics ,在 X 上高调宣布:

我们隆重推出一款由「人造肌肉」驱动的双手机器人 ——Torso。

3年前Clone 的人工肌肉仿生手臂举起7Kg的哑铃 

We have achieved strong, fast, power-dense, high-efficiency, biomimetic, soft, safe, clean, organic and affordable robotic technology. The dumbbell weights 7 kg (15,6 lbs), forearm with hand only 1 kg (2,2 lbs).

This artificial muscles robotic arm is operated by water and consumes 200W at peak. We invent and produce portable power supply and our own valves to have complete controllability of speed contraction and compress the whole powering system (for a full body) inside humanlike robot torso.

At this moment our robotic arm is operated only by a half of artificial muscles when compared to a human body. Strongest finger-bending muscle still missing. Fingers are going to move from left to right but they don't have muscles yet. Metacarpal and left-to-right wrist movement are also blocked. This version has a position sensor in each joint but they are yet to be software-implemented. We are going to add everything mentioned above in the next prototype. 

The movement sequence was written and sent by simple commands to a hand. We wish to develop a platform for reinforcement learning purposes, prosthetic arms and ultimately a full humanoid robots to serve people for fun, as butlers, cleaners, chauffeurs,  construction workers (also in space) and even in the future achieve human immortallity by transplanting the brain into the machine.

Clone Incorporated

Lucas Kozlik, Dhanush Rad, Amdeusz Swierk, Juliusz Tarnowski


现在这个机器人长啥样

它的脑袋可以上下左右转动,虽然稍显僵硬,不过与脖子的配合还算默契:

肩膀到指尖的每个关节都能活动,可以凹出各种造型。

抬起胳膊做抱拳状:
挥动双臂跳机械舞:
和特斯拉、波士顿动力、Figure、Agility 等众多电动人形机器人不同,它走了一条完全不同的路线 ——
采用液压驱动的方式,从根本的人体生物学出发,构建 1:1 的类人肌肉机器人。

它的「造人」计划,是从手开始。

Clone Hand,由该公司特制的液压肌肉和阀门驱动。

它有 24 个可以动的地方,能像人的手指和手腕那样弯曲和转动。

这应该是世界上最接近人类肌肉骨骼结构的机械手。
其大小和形状也跟人手别无二致,包括半个臂骨、完整的前臂和手掌。
所用的材料是他们自己研发的一种聚合物,比金属轻,但更结实柔软。
所用的材料是他们自己研发的一种聚合物,比金属轻,但更结实柔软。
手里面装了 37 条特殊的肌肉,叫做 McKibben 肌肉,样子很像一根根橡皮筋。

「肌肉」和「肌腱」是一体化设计,能承受高负荷,也很耐用,收缩起来只需 0.3 秒,这也意味着,它可以快速灵活地做动作。

为了精准控制力量和动作,他们还给这只手安上了智能控制系统,名叫电液系统。

该系统能感觉到压力,反应速度也快。
此外,这只手还配备了电池和小电机,能让它一次工作两个小时,并轻松拿起至少 12 公斤重的杠铃。

短短一年半时间,这家公司就把其肌肉骨骼技术,从仿生手的设计扩展到类人躯干。

Torso 由此诞生。

它采用接近人体的骨架设计,集成了坚固的脊柱、灵活的颈部、完全可动的双臂和像人一样的肩部。

其中,这个人形肩部还具有胸锁关节、肩锁关节、肩胛胸壁关节和盂肱关节。

里面还装了一个「大脑」——Raspberry Pi 4B,以此来控制机器人的动作。

通过这个「大脑」,机器人可以连上网,人们也能远程操控它。

那么,它的动力来自哪儿呢?

答案是,水!

Torso 的动力系统包括一个电液泵和一个能存水的容器。

这个电液泵,学名叫「电动液压无刷直流泵」,有 500W 的功率,就像人的心脏一样,可以为肌肉提供动力,让肌肉收缩和放松。

而那个存水的容器叫单片式柔性水容器,体积不大,但能储存 2 升水,这些水就是电液系统的动力来源。

它还配上了压力传感器和压力调整电机控制器。

压力传感器能实时感受到力量的变化,并提供反馈,压力控制器则能保证液压系统工作时的压力稳定,两相配合,确保机器人操作的准确性和灵活性。

同时,每个手臂还配有独立的电液阀门系统,可以精确控制力量和流量。

当然,这一切也离不开电力。

电池藏在机器人的肚子里,可以提供足够的电力,让机器人长时间工作。

日本也有类似的研究:

sci-c.org中加创新中心 Sino Canada Innovation Centre(加拿大联邦政府非盈利机构) 加拿大零碳产业研究院(www.H2city.org总部位于蒙特利尔)基础上  以劳埃德银行为牵头人,汇集国内外产业基金 投资拓展新材料 新技术应用市场,发展可再生能源智能化装备产业 以及基于氢燃料电池的船舶和飞机零排放动力应用,重点开发不依赖铂铱催化剂的一体化制氢设备,引进具备膜电极核心竞争力的氢燃料电池技术落地中国,集成光伏、风电、制氢、储能、发电等,利用氢燃料电池热电联供 智能微电网技术 建设海上绿能岛或零碳工业园区。

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