| 作者：佚名 来源：网络 点击数： 更新时间：2015-5-27 8:54:04 |
萨尔大学的工程师采用形状记忆材料制成人工手臂，可以轻易拾起一片树叶。这项技术为柔性轻型机器人手臂制造工业以及新颖假肢制造业带来了福音。该人工手臂的肌纤维是由超细镍钛合金丝构成，使其能够实现收缩和挠曲。这种材料本身具有的传感特性，允许人工手臂进行极其精确的运动。在4月13日至4月17日的汉诺威工业博览会上，Stefan Seelecke领导的研究小组将展示他们的人工手臂原型，并展示如何利用形状记忆“金属肌肉”。
手是最理想的工具。经过数百万年的发展，大自然对手的设计可以说是尽善尽美，非常成熟。手的移动性和适应性都非常强，而肌肉、韧带、肌腱、骨骼和神经之间的精湛配合点燃了人们开发如此灵活的工具的愿望。萨尔州大学机电工程与自动化技术中心Stefan Seelecke教授带领的研究团队正在采用一种基于镍钛合金的新技术来展开研究。工程师们用超细金属丝制成人工手臂，这种金属丝的直径与人类头发相当，且收放自如。
“和其他技术相比，形状记忆合金线具有非常明显的优势，” Stefan Seelecke说。迄今为止，人工手臂具有非常复杂的技术背景，这使得它们非常依赖其他装置和设备，例如电动机或气动装置等。这样的结果是，它们往往非常笨重、缺乏灵活性、噪声大且造价昂贵。“相反，由SMA金属线制备的人工手臂不需要额外的装置，使得其非常轻便、灵活且适应性强，噪声小且造价相对低廉。不仅如此，这些金属线具有很高的能量密度，为其在有限的空间中的运动提供了强有力的保障。” Seelecke解释道。
“形状记忆”指的是这种金属线在变形后也能恢复到原始形状。“镍钛合金这种特性是材料相变的必然结果。当材料变热以后，这种材料会改变其晶体结构，使得其就像肌肉一样。” Seelecke说。工程师采用了这种智能线组成人工手臂的肌肉。通过这种形状记忆金属丝连接手指关节，并作为手指前侧屈肌和后伸肌。为了满足快速运动的要求，工程师通过将金属线分组成束，以模仿肌纤维的结构。这些金属线虽然细如棉丝，却强度惊人。“金属丝迅速收缩和放松，同时具有很强的拉伸力。” Filomena Simone说。“这是由于大量的细线具有较大的表面积，使得热量可以迅速消散，完成快速冷却的过程。和单粗丝线不同，这种极细金属线可以进行快速的收缩和扩展，就像人类的肌肉一样。其结果是我们能够实现快速、自然的手指运动。”
使用形状记忆金属线的另一个效果是，当这种人工手臂正在进行特定的运动时也可以对外界干预进行响应，这意味着人类可以和这样的机械装置携手合作。通过半导体芯片可以控制SMA金属线进行精确的运动。不仅如此，这种系统不需要传感器。“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。这使得手臂和手指能进行精确的运动。该研究小组将在2015年汉诺威工业博览会上展示其系统原型，并通过一些手臂和手指的动作来展示该技术巨大的潜力。
研究人员希望继续开发原型系统，并提高它模拟人手的方式。这将涉及手的运动模式的建模以及SMA线材的传感特性。该研究小组正在寻找开发合作伙伴。 |
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