一只灵巧的“小虫”牢牢抓住圆管，一伸一缩地向前蜿蜒。其实这种灵活的“bug”就是采用的一种模式。天津由大学研究人员左思阳和刘建斌开发的一种新的模块化柔性驱动方法可用于人工肌肉和管道爬行机器人。这项成果于今年1月初在线发表在美国电气和电子工程师协会的《机器人与自动化快报》上。

软机器人因其高度的灵活性和对人体的安全性，近年来受到广泛关注。3D打印的优势在于可以一次性形成复杂的形状和结构，无需后续处理。打印无装配结构是3D打印技术在制造柔性机器人中的典型应用。

左思阳、刘建斌课题组提出了一种基于膜缸的新型模块化柔性驱动方法，可以根据具体应用改变排列组合方式并合理安排连接方案，并将其应用于人工肌肉和管道爬行机器人。

“每个薄膜圆柱体就像人体的一块小肌肉或者爬行动物的一个‘关节’，只是由热塑性聚氨酯制成。”刘建斌解释说，如果把新型膜筒结构比作一个基本的肌肉单元，根据不同的应用需求组合这些单元的连接方式，就像把肌肉单元连接起来形成一个整体肌肉，然后应用到不同的场景。

整个“肌肉”的制造过程采用3D打印技术，一次成型，省去了传统机电设备加工制造中的装配工序，大大降低了驱动模块的制造成本和周期，具有低耗气量、高动态响应、高可靠性和应用场景适应性强的特点。

基于这一思路，课题组首次提出了一种新型气动人工肌肉，可用于驱动柔性外骨骼等人机交互设备。气动是指以压缩空气为动力源，驱动机械完成伸缩或旋转动作。与传统的气动人工肌肉相比，这种设计最突出的特点是不会在厚度方向膨胀，从而避免挤压人体。

此外，课题组还提出了一种新型气动管道爬行机器人，可应用于工业管道设施的巡检和实时监控。管道爬行机器人采用仿生尺蠖原理，通过巧妙布置薄膜圆柱体单元之间的连接，实现机器人在管道内外壁上的爬行。柔性驱动方式的应用，使机器人能够大范围适应管道直径的变化，可以应对直管、弯管、垂直管、水平管以及各种角度的管道的应用场景，机器人可以承受自身重量的80倍以上。

因为是气动方式驱动，所以软体机器人只能用长长的气管尾巴工作。如果将传感器集成到设备中，可以去掉这些气管尾巴，使机器人更加独立和精致。