由于智能金屬線制成的肌肉 人工手能夠敏感地做出反應

薩爾州大學的工程師通過在人工手上配備由形狀記憶線制成的肌肉，從大自然的書中抽出一片葉子。這項新技術可以為工業應用和新型假肢裝置制造靈活輕便的機器人手。肌肉纖維由超細鎳鈦合金線束組成，能夠緊張和彎曲。材料本身具有感官特性，允許人工手執行極其精確的移動。斯特凡Seelecke教授領導的研究小組將展示他們的原型人工手，以及它如何利用漢諾威工業博覽會形狀記憶“金屬肌肉”的 - 世界上最大的工業博覽會 - 從4月13日至4月17日。

手是完美的工具。經過數百萬年的發展，其“設計”當然可以說是成熟的。手部非常靈活，適應性強，肌肉，韌帶，肌腱，骨骼和神經之間的完美互動長期以來一直渴望創造一種基于它的靈活工具。由薩爾大學Stefan Seelecke教授和機電一體化與自動化技術中心(ZeMA)領導的研究小組正在使用一種基于鎳鈦合金形狀記憶特性的新技術。工程師們為人工手提供的肌肉由非常細的線材組成，其直徑與人類頭發相似，可以收縮和放松。

“形狀記憶合金(SMA)導線比其他技術具有明顯的優勢，”Stefan Seelecke說。到目前為止，人造手，例如工業生產線中使用的手，依賴于許多復雜的背景技術。結果，它們依賴于其他裝置和設備，例如電動機或氣動裝置，它們往往很重，相對不靈活，有時很大，而且也很昂貴。“相比之下，使用SMA線制造的人造肌肉制成的工具可以不用額外的設備，使它們輕便，靈活，適應性強。它們靜默運行，生產成本相對較低。這些電線具有所有已知驅動機構的最高能量密度，這使它們能夠在有限的空間內進行強大的運動，“Seelecke解釋說。術語'形狀記憶' 指的是導線能夠“記住”其形狀并在變形后返回到原始預定形狀的事實。'鎳鈦合金的這種性質是材料內發生相變的結果。如果導線變熱，例如，當導電時，材料會轉變其晶格結構，使其像肌肉一樣收縮，“Seelecke說。

工程師使用“智能”電線在人工手中發揮肌肉的作用。多股形狀記憶線連接手指關節，并作為手指前側的屈肌和后側的伸肌。為了促進快速運動，工程師通過將非常細的線束分組成模擬肌肉纖維來復制自然人體肌肉的結構。這些電線束與棉線一樣細，但具有粗線的拉伸強度。“在施加高張力的情況下，束可以快速收縮和放松，”Filomena Simone解釋說，她是一名工程師，正在研究人工手的原型，作為她博士研究的一部分。“ 這種行為的原因是可以快速冷卻，因為許多單獨的導線具有更大的表面積，通過該表面可以散熱。與單根粗線不同，一束非常細的線可以經歷與人體肌肉中觀察到的相當的快速收縮和伸展。因此，我們能夠實現快速平滑的手指動作，“她解釋說。

使用形狀記憶金屬線的另一個效果是，當有人在進行特定運動時進行干預時，手可以以自然的方式作出響應。這意味著人類可以與原型設備攜手合作。半導體芯片控制SMA線的相對運動，允許進行精確的運動。而且系統不需要傳感器。'制作電線的材料具有傳感器特性。控制器單元能夠解釋電阻測量數據，以便在任何時候都知道電線的確切位置，“Seelecke說。這使得手和手指能夠以高精度移動。該研究團隊將在2015年漢諾威工業博覽會上展示他們的系統原型，并通過手握和單個手指的受控運動展示該技術的潛力。研究人員希望繼續開發原型并改進模擬人手的方式。這將涉及建模手部運動模式和利用SMA線的傳感器特性。