想象一下可以向各个方向扭转和转动的灵活手术器械，例如微型章鱼手臂，或者可以与生产线上的人类工人密切安全地工作的大型强大的机器人触手如何。得益于由智能聚合物材料制成的强壮“肌肉”和敏感“神经”的结合，新一代机器人工具开始实现。由智能材料专家　Ｓｔｅｆａｎ　Ｓｅｅｌｅｃｋｅ　教授和萨尔大学初级教授　Ｇｉａｎｌｕｃａ　Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　领导的研究团队正在探索这个令人兴奋的软机器人领域的基本方面。

在未来的工厂中，人与机器将并肩工作——和谐地、作为一个团队、必要时联手——就像机器人一样同事是血肉之躯。虽然协作机器人（“ｃｏｂｏｔｓ”）已经在工业生产线上部署，但真正实现机器人与其人类同行的手拉手团队合作还有一段路要走。问题在于人类同事之间的物理距离，他们的行为与机器人的行为不同，不遵循可预测的算法。人类工作者可能会变得疲倦或分心，结果可能会突然甚至不合逻辑地采取行动。这对安全有明显的影响，并解释了为什么目前在生产线上使用的机械臂通常被安置在笼子里。对于任何靠得太近的人，事情都会变得危险。通常，工业机器人是大型重型机器。但它们也强大、快速和敏捷，可用于广泛的操作，如焊接、组装、喷漆、堆叠和提升。然而，它们执行的动作完全由控制它们的程序决定。如果有人挡住他们的路或离他们太近，后果可能很严重。

萨尔大学的团队和萨尔布吕肯的机电一体化和自动化技术中心　（ＺｅＭＡ）　正在研究新型智能机器人手臂。“我们的技术基于智能聚合物系统，使我们能够创造出比当今使用的刚性组件更轻、更灵活、更灵活的新型软机器人工具，”Ｓｅｅｌｅｃｋｅ　解释说。未来这些机械臂之一的意外推动更像是被人类同事推动（并且不太可能让您住院）。

用于这些新型软机械臂的材料是一种特殊的聚合物，称为“介电弹性体”。萨尔布吕肯的研究人员正在使用这种复合材料制造人造肌肉和神经。介电弹性体的特殊性能使开发受自然界巧妙设计启发的系统成为可能。这些弹性体可以被压缩，但随后可以被拉伸以恢复其原始形状。“我们在弹性体的两侧印刷电极材料。当我们施加电压时，两个电极相互吸引，压缩聚合物并使其向侧面膨胀，“基于聚合物的自适应系统初级教授　Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　博士说。研究科学家从那时起就一直在　Ｓｅｅｌｅｃｋｅ　的团队工作２０１６．　因此，弹性体可以像肌肉组织一样收缩和放松。“我们在设计执行器时利用了这种特性，”Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　解释说。通过精确地改变电场，工程师可以使弹性体执行高频振动或连续可变的弯曲运动，甚至保持在特定的所需中间位置。

然后研究人员将大量这些小“肌肉”结合起来，创造出一个灵活的机器人手臂。当以这种方式组合形成机器人触手时，肌肉之间的相互作用会产生模仿章鱼手臂的运动，可以向各个方向扭转和转动。与目前使用的笨重、刚性的机器人肢体一样，它们只能在某些方向上执行运动，这些新的机器人触手几乎可以在任何方向上自由移动。Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　和他的博士生　Ｊｏｈａｎｎｅｓ　Ｐｒｅｃｈｔｌ　最近在　ＲｏｂｏＳｏｆｔ　２０２１　会议上获得了最佳论文奖，以表彰他们在开发基于电介质弹性体的触手原型方面的工作——这只是　Ｓｅｅｌｅｃｋｅ　教授研究团队获得的众多荣誉之一。该团队希望在大约一年的时间内完全开发出触手原型。

在将智能赋予聚合物材料方面，Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　堪称专家。他提供控制单元（即机器人的“大脑”）以智能方式移动手臂所需的输入——这是一项高度复杂和雄心勃勃的任务。“这些系统比当今使用的机械臂复杂得多。使用人工智能来控制基于聚合物的组件比控制传统的机电系统更具挑战性，”Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　解释道。由于弹性体肌肉也具有传感器特性，它们可以充当系统的神经，这意味着机器人手臂不需要配备额外的传感器。“弹性体的每一次变形，其几何形状的每一次变化都会导致材料电容的变化，这使团队能够为弹性体的任何特定变形分配精确的电容值。通过测量电容，

然后可以使用该定量数据对弹性臂的运动进行精确建模和编程。Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　的研究工作重点是开发可以训练这些新型机器人触手以所需方式移动和响应的智能算法。“我们正试图揭示导致这些聚合物行为的物理特性。我们知道的越多，我们就能越精确地设计算法来控制弹性体肌肉，”Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　博士说。

萨尔州正在开发的技术将是可扩展的。它可用于制造医疗器械的微型触手或制造用于工业应用的大型机械臂。但与当今使用的重型机械臂不同，由智能弹性体制成的机械臂将轻得多。“我们的机械臂不需要由电机或液压或气动系统驱动——它们可以简单地通过施加电流来驱动。弹性体肌肉也可以制成满足特定应用要求的形状．而且它们消耗的电能很少。根据电容的不同，流过的电流在微安范围内。这种软机器人技术在未来具有巨大的前景，因为它既节能又制造成本低，　”

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