編者按：在合肥，“科里科氣”是一種城市氣質(zhì)，這種氣質(zhì)藏在一位位創(chuàng)新者身上，藏在一家家科研機(jī)構(gòu)里，更藏在一座座的實(shí)驗(yàn)室里。
實(shí)驗(yàn)室是每一項(xiàng)科研成果誕生的“源地”，合肥有著數(shù)不清的大大小小實(shí)驗(yàn)室，源源不斷，輸出著一項(xiàng)項(xiàng)原創(chuàng)科研成果，由內(nèi)而外，讓合肥散發(fā)著濃濃“科氣”。
今起，合肥報(bào)業(yè)傳媒集團(tuán)科學(xué)+工作室推出“奇妙實(shí)驗(yàn)室”系列產(chǎn)品，記者帶你走進(jìn)各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室，感受科技的魅力和神奇。
贏一場(chǎng)比賽獲800萬(wàn)獎(jiǎng)勵(lì)，在科大，厲害的不僅僅是學(xué)霸，還有機(jī)器人。
今天，科學(xué)+工作室走進(jìn)中國(guó)科大張世武教授帶領(lǐng)的仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，看一看這里都有哪些神奇的機(jī)器人。
○撼地者機(jī)器人
撼地者機(jī)器人 災(zāi)后救援“全能戰(zhàn)士”
能進(jìn)火場(chǎng)，還能涉水；能做推動(dòng)百公斤重物的“力氣活”，也能旋轉(zhuǎn)門(mén)把手這些“精細(xì)活”；能在濃煙等復(fù)雜環(huán)境自主避開(kāi)障礙物，還能進(jìn)行災(zāi)情處置和生命營(yíng)救……它是一臺(tái)災(zāi)后救援機(jī)器人，名叫“撼地者”，由中國(guó)科大和哈工大（深圳）聯(lián)合開(kāi)發(fā)。
在去年舉行的首屆“智創(chuàng)杯”前沿技術(shù)挑戰(zhàn)賽中，“撼地者”機(jī)器人從海內(nèi)外40支隊(duì)伍中脫穎而出，在“災(zāi)后區(qū)域的探測(cè)與處置”比賽中摘取桂冠，獲800萬(wàn)元人民幣獎(jiǎng)勵(lì)。
從外形上看，“撼地者”機(jī)器人是一個(gè)名副其實(shí)的“大家伙”，重約250公斤，高約1.2米，是一款以履帶式底盤(pán)和二指夾爪機(jī)械臂為基礎(chǔ)的多功能車(chē)輛。
雖然外形看上去笨重，但其實(shí)它是一個(gè)“靈活的胖子”。
中國(guó)科大工程學(xué)院博士后高緯介紹，“撼地者”的二指夾爪機(jī)械臂有6個(gè)自由度，每個(gè)關(guān)節(jié)能進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，對(duì)它來(lái)說(shuō)搬運(yùn)、抓取物體、旋轉(zhuǎn)閥門(mén)、開(kāi)門(mén)、按按鍵等考驗(yàn)靈敏度的任務(wù)都能較好完成。
在陸地有著出色表現(xiàn)，它在水中也能正常運(yùn)行。為了讓機(jī)器人適應(yīng)水中救援，團(tuán)隊(duì)給機(jī)器人做了防水處理。由于性能較齊全，適應(yīng)環(huán)境較多，“撼地者”也被稱(chēng)為是“全能戰(zhàn)士”。
○外骨骼康復(fù)機(jī)器人
外骨骼康復(fù)機(jī)器人 幫助偏癱患者康復(fù)的智能幫手
偏癱、截癱病人的術(shù)后康復(fù)一直是社會(huì)關(guān)注熱點(diǎn)，記者在實(shí)驗(yàn)室里看到一臺(tái)可用于下肢康復(fù)的外骨骼機(jī)器人。
中國(guó)科大研究生楊澤說(shuō)，這臺(tái)機(jī)器人是固定在支架上，當(dāng)患者需要進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，可以穿上這套機(jī)械裝備，通過(guò)機(jī)器帶動(dòng)病人下肢進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。外骨骼康復(fù)機(jī)器人在促進(jìn)肌肉恢復(fù)的同時(shí)，也能降低病人、醫(yī)護(hù)人員的體力消耗。
當(dāng)患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的力度，這就需要機(jī)器人根據(jù)力度給出相應(yīng)的輔助力。
“機(jī)器人給的輔助力過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)影響患者的平衡，所以我們?cè)谶@款外骨骼康復(fù)機(jī)器人裝有多個(gè)傳感器，能感知人體的發(fā)力程度，并做出相應(yīng)的輔助。”楊澤說(shuō)，當(dāng)前展示的二代外骨骼，在一代的基礎(chǔ)上，各個(gè)關(guān)節(jié)添加了扭矩傳感器，后續(xù)團(tuán)隊(duì)還會(huì)進(jìn)行算法開(kāi)發(fā)，感知病人和機(jī)器人之間的交互力，實(shí)現(xiàn)柔性交互和按需輔助。
“我們研究的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無(wú)支架輔助，讓患者穿戴上這套機(jī)器人，不受支架的限制，實(shí)現(xiàn)自由、安全的行走。”楊澤說(shuō)。
○柔性靈巧手
柔性靈巧手 捏針、抓球……這只機(jī)器手很“靈巧”
輕輕捏起一根針、穩(wěn)穩(wěn)抓住一個(gè)球、握起飲料罐、手指比劃數(shù)字……完成這些動(dòng)作的是一臺(tái)名叫“柔性靈巧手”的機(jī)器手。
在實(shí)驗(yàn)室，記者看到這臺(tái)仿照人手一比一制作的機(jī)器手，摸上去材質(zhì)很柔軟，它不僅每個(gè)手指會(huì)動(dòng)，手指的每個(gè)關(guān)節(jié)也能動(dòng)。
“這臺(tái)機(jī)器手是3D打印而成，材質(zhì)為硅膠蒙皮，重約700克，可以完成捏針、抓球等許多精細(xì)動(dòng)作。”中國(guó)科大研究生陶哲介紹，這是一款基于形狀記憶合金彈簧驅(qū)動(dòng)的柔性靈巧手，作為一種智能材料，形狀記憶合金彈簧具有質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定、高溫收縮低溫放松的特性。
“我們?cè)O(shè)計(jì)了這款柔性靈巧手，以形狀記憶合金彈簧陣列作為驅(qū)動(dòng)器，不僅做到了質(zhì)量輕、便攜，更重要的是實(shí)現(xiàn)了每根手指的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。”陶哲介紹。
這款機(jī)器手有何用途？
陶哲介紹，目前該團(tuán)隊(duì)將這款機(jī)器手做到了19個(gè)自由度的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，突破了現(xiàn)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的限制，再配合肌電檢測(cè)技術(shù)，將會(huì)對(duì)諸如上肢截肢患者的假肢設(shè)計(jì)制造、機(jī)械手的柔性抓握等提出新的解決思路。
○注入液態(tài)金屬
液態(tài)金屬 研制出液態(tài)金屬人工肌肉
金屬不僅僅是固體，還有液體形態(tài)。在實(shí)驗(yàn)室中，科大博士研究生舒健向記者展示了液態(tài)金屬“鎵銦合金”。
“其實(shí)液態(tài)金屬并不罕見(jiàn)，比如人們常見(jiàn)的水銀。不過(guò)水銀有毒，還容易揮發(fā)，而鎵銦合金幾乎沒(méi)有毒性，鎵銦合金是目前已知液體中表面張力最大的液體，是水的十倍，而且它的表面張力可以用電化學(xué)方法調(diào)控，在通電后能呈現(xiàn)出收縮和舒張的形態(tài)，就像人的肌肉一樣，能伸能縮。”舒健說(shuō)。
舒健向記者演示兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)：一是在氫氧化鈉溶液內(nèi)加入鎵銦合金，通電后，液態(tài)金屬就自動(dòng)向電場(chǎng)的正極方向運(yùn)動(dòng)；二是將鎵銦合金滴到一個(gè)容器內(nèi)，通電后，液態(tài)金屬就像人體肌肉一樣收縮舒張。
小實(shí)驗(yàn)的背后是一項(xiàng)正在研發(fā)的前沿科技——利用液態(tài)金屬研發(fā)人工肌肉。
“液態(tài)金屬是一種新的功能性材料，我們的研究目標(biāo)是希望利用液態(tài)金屬可以運(yùn)動(dòng)、變化和導(dǎo)電性好等特點(diǎn)，運(yùn)用到機(jī)器人研制中。”中國(guó)科大張世武教授介紹，液態(tài)金屬機(jī)器人有著廣闊的應(yīng)用前景。
夢(mèng)想正在照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
近日，張世武教授、金虎副研究員與合作者合作，提出了一種基于電化學(xué)方法改變液態(tài)金屬表面張力的方法，設(shè)計(jì)出可模仿肌肉的收縮及舒張功能的液態(tài)金屬人工肌肉，并驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器魚(yú)游動(dòng)了40分鐘，為柔性驅(qū)動(dòng)器在微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供全新思路，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《先進(jìn)材料》上。
科技源于夢(mèng)想，相信未來(lái)科技會(huì)帶給我們更多驚喜。
合肥報(bào)業(yè)全媒體記者 蔣瑜香/文 袁兵/攝
