想要變得更強？游泳健身……不對，“肌肉布料”了解一下！

如果有一天，你需要搬著兩桶水上下沒有電梯的樓，你得做什么準備？游泳健身……不對，“肌肉布料”了解一下！

提到可穿戴機器人，你想到的肯定是“機甲戰(zhàn)士”，走起路來咯吱咯吱。最近韓國機器研究院研發(fā)出的新材料一改鋼筋鐵骨，將可穿戴機器人化身為“肌肉布料”，你只需要穿上用這種布料制作的衣服，就能輕松低調地獲得超人般的力量！

“肌肉布料”可以自主收縮、舒張，輔助用力丨KBS NEWS

肌肉布料，穿上就行

這種“肌肉布料”的出現(xiàn)，使穿戴機器人向著便宜輕便、易于穿戴的靜音產品邁出了一大步：只要將它貼在衣服上，你就能瞬間變成大力士。

通電使肌肉布料收縮與舒張丨KBS NEWS

“肌肉布料”不需要額外的發(fā)動機，人們通過通電加熱即可調整它的工作狀態(tài)?！凹∪獠剂稀蓖ㄟ^自身的收縮與舒張，分擔操作者的受力，從而使操作者能夠承受更大的力量，完成對重物的托舉與搬運。成人手掌大小的肌肉布料，就可以輔助搬運10公斤的物品。

6.6克的肌肉布料可以承載10千克的重物丨KBS NEWS

這種布料并不是由一般的棉麻線組成，其中的“織物”是形狀記憶合金。這種記憶合金直徑僅20微米，常溫下是舒展狀態(tài)，通電加熱后就會收縮。通過控制布料形態(tài)，可以模擬真實肌肉的舒張與收縮。同時，肌肉布料里面還有用于測量溫度和測量收縮長度的傳感器，用來向控制系統(tǒng)反饋肌肉布料的實時狀態(tài)。

形狀記憶合金線纜，常溫下保持舒展，受熱后收縮成彈簧狀丨engineerguy/Youtube

這并不是形狀記憶合金第一次被用在可穿戴設備上，2019年，韓國機器研究院就進行了一次嘗試。研究人員設計了一套服裝，將形狀記憶合金以插件的形式內嵌到服裝的臂筒上，從而形成服裝型可穿戴機器人(STWR, Suit-type Wearable Robot)。

新型服裝式可穿戴機器人STWR原理圖丨參考文獻[3]

服裝型可穿戴機器人方便易用。打開開關，肌肉布料受熱收縮帶動手臂，輔助穿戴者搬運重物；搬運過程中保持肌肉布料的供電就可使其維持穩(wěn)定收縮狀態(tài)；搬運結束后關閉開關，自然冷卻即可使布料變?yōu)槭鎻垹顟B(tài)。

新型服裝式可穿戴機器人STWR實物圖丨參考文獻[3]

服裝型可穿戴機器人有兩種工作模式：搬運模式和普通模式。普通模式并不會為你提供額外力量。需要使用時可以旋轉開關，快速實現(xiàn)搬運模式的切換。搬運模式下，兩塊肌肉布料最大可產生200牛的牽引力，功率為300瓦，可讓穿戴者毫不費力地舉起20公斤重的物品。

可穿戴機器人：軟硬都不能少

如此看來，笨拙的“鎧甲式”機器人好像分分鐘就可以被“肌肉布料”代替。其實在不同的使用場景中，孰強孰弱還真不好說。

科幻電影里炫酷的動能裝甲，有著硬朗的外形和機械結構，這種力大無窮但稍顯笨拙的鐵骨銅臂，也是早期進入大眾視線的硬式可穿戴機器人，因為骨骼的形態(tài)也被稱為外骨骼機器人。

法國研發(fā)出一款Atalante外骨骼機器人，主要用于下肢康復，輔助患者站立或行走。穿戴者可以左右晃動和彎腰撿東西。

外骨骼機器人有著軟型機器人難以替代的優(yōu)勢。首先，豐富的技術積累使其產品化程度較高，已在不同場合有了廣泛的應用。同時，外骨骼機器人材料的剛性較高，可以承受更多的重量，負載能力更強，續(xù)航能力也更強。在工廠流水線和物流搬運等場合，對效率要求較高，而對外觀和佩戴舒適度要求較低，此時外骨骼機器人相對來說更能勝任。

不同功能的外骨骼機器人丨ulsrobotics

但外骨骼機器人產品還達不到“穿戴無感”的程度，穿戴者需要忍受重量和噪音帶來的痛苦。

類似蜘蛛俠戰(zhàn)衣一樣的肌肉布料，是軟式可穿戴機器人的代表。軟式可穿戴機器人輕便柔軟，使用時更加舒適，無感化程度更高。因為其很高的靈活性，在某些場合能很好地貼合身體以提供良好的體驗。

哈佛大學的研究團隊曾推出了一款類似手套的可穿戴康復軟體機器人，其中使用了人造氣動肌肉，可以輔助人們進行康復訓練。丨National Science Foundation/Youtube

外骨骼可穿戴機器人出現(xiàn)的時候，人們驚嘆于“未來已來”，如今“肌肉布料”的出現(xiàn)，也立刻引發(fā)了種種討論，人們大膽揣摩放飛想象的翅膀：“使用肌肉ATP供能”、“利用重力進行儲能”、“基于人體工程學的原理利用人體肌肉拮抗進行儲能”……

這讓我想到《賽博朋克2077》。在夜之城自由馳騁的我時?；孟耄踩肓x體是否會成為趨勢，仿生人又會不會成為新的物種？

技術的發(fā)展是循序漸進的，肌肉布料也是在現(xiàn)有技術的基礎上，創(chuàng)造性的融合不同領域的技術研發(fā)出來的。相信在未來，會有越來越多輕便易用的可穿戴設備從實驗室走向大眾。血肉苦弱，機械飛升，今天的肌肉布料，會不會成為我們走向全民義體化賽博朋克未來的第一步呢？

參考文獻

1.Gopura, R. A. R. C., Bandara, D. S. V., Kiguchi, K. & Mann, G. K. Developments in hardware systems of active upper-limb exoskeleton robots: A review. Robot. Auton. Syst. 75, 203–220 (2016).

2.Polygerinos, P. et al. Towards a soft pneumatic glove for hand rehabilitation. IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Tokyo, Japan, https://doi.org/10.1109/IROS.2013.6696549 (2013, Nov. 3–7) (2013).

3.Park, S.J., Park, C.H. Suit-type Wearable Robot Powered by Shape-memory-alloy-based Fabric Muscle. Sci Rep 9, 9157 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-45722-x

4.楊建楠,黃彬,谷小軍,王駿,張亞輝,朱繼宏,張衛(wèi)紅.形狀記憶合金力學行為與應用綜述[J/OL].固體力學學報:1-41[2021-05-18].https://doi.org/10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.028.

5.郭良,張修慶.金屬基形狀記憶合金研究進展[J].功能材料與器件學報,2020,26(05):323-330.

作者：Smile

編輯：Owl、窗敲雨