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德国萨尔兰大学的工程师近日利用仿生设计方法，制造了一种装备了形状记忆合金（shape-memory alloy， SMA）“肌肉”的人工智能手，可为工业应用及假肢装置实现柔性和轻型机器人手臂制造。
: X7 X) A) l9 v2 q5 C. u3 r该研究团队使用了基于镍钛合金形状记忆特性的技术，开发出由多束超细镍钛合金丝构成的肌肉的人造手，这些超细合金丝的直径与人类头发直径相当，而且可以收缩和弯曲。该材料本身具备传感特性，使得人造手能够完成各种精细动作。由萨尔州大学机电工程及自动化技术中心（ZeMA）Stefan Seelecke 教授所领导的研究团队在在今年的汉诺威工业博览会上展示了这款人造手的原型。
/ T8 x, i4 }) {- K$ R$ m. P+ D工业生产线上的人造手直到现在还在依赖许多复杂的后台技术。其结果是，它们都依赖于其它装置和设备，变得笨重不灵活，而且造价昂贵。
+ G/ J" {. r$ ?4 _# I8 k( {1 {“相比之下，使用SMA 金属丝制造出的人造手由于不需要其他额外设备的辅助，使其十分轻变灵活、适用性强，噪声小、造价相对低廉。另外，在所有已知的驱动装置中，这些金属丝具有最高的能量密度，可满足其在有限空间内的大幅度运动。”Seelecke 解释道。
9 q8 K( x5 _! Q+ M% b5 l形状记忆合金线能够记住自己的形状，并且在变形之后能恢复到原来的形状。这种性质是由材料内部相变所造成的。当金属丝变热时，如导电，材料的晶体结构就会发生改变，这使其能够像肌肉一样收缩。
/ G- w8 f; D! j# u/ D6 F d工程师们采用了这种智能金属丝组成人造手的肌肉。多股形状记忆金属丝连接到手指关节，充当手指的前侧屈肌和后伸肌。为了实现快速运动，工程师将多股超细金属丝分组成束以模仿人体肌肉纤维结构。虽然这些金属丝看起来跟棉线一样，但却具有厚金属丝那样的拉伸强度。' r6 r6 H- X6 f) ?5 E
“在施加高拉力的时候，金属丝束能够迅速收缩和放松，”正在研究机械手原型的在读博士工程师Filomena Simone 解释道，“出现这种现象的原因是大量的金属丝暴露出较大的表面积，使得热量可以迅速消散，从而快速冷却下来。不同于单条粗丝，这种超细金属丝可以承受快速的收缩和伸展过程，就像人体肌肉一样。其结果就是我们可以实现快速流畅的手指动作。”
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使用形状记忆金属丝的另一大优势是，即使是在执行特定运动的过程中突然被人工干预，人造手也可以快速自然地作出响应，这就意味着人类可以真正的与这种原型设备携手合作。内置的半导体芯片可以控制SMA 金属丝作出精确的运动，而且这种系统并不需要传感器协助。- L, f- f* I" n& e4 q6 s
“用这种材料制备的金属丝具有传感器的特性。控制单元通过电阻的测量数据可以分析出某一时间金属线的精确位置。”Seelecke 说。; {1 ~! m0 P2 s# n$ t @
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发表于 2015-11-7 12:22:23
