北卡罗来纳州立大学开发轻便流体引擎：软机器人领域的革命性进展

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北卡罗来纳州立大学开发轻便流体引擎：软机器人领域的革命性进展

2024年7月1日，北卡罗来纳州立大学（2024USNews美国大学排名：60）的研究人员宣布，他们成功开发了一种轻便的流体引擎，这一创新技术将为辅助设备中的仿肌肉软机器人提供动力。该流体引擎的独特之处在于能够在没有外部电源的情况下产生显著的力量，通过将油液泵入和排出软机器人的腔室，使软机器人像人工肌肉一样屈伸。这项研究得到了国家科学基金会和其他机构的支持，研究结果发表在《Advanced Intelligent Systems》期刊上，展示了这一引擎的高效性和力量生成能力。该技术有望应用于辅助设备和软可穿戴机器人领域，为人类提供更好的运动辅助。

流体引擎的开发背景与意义

北卡罗来纳州立大学的这一研究成果不仅在技术上具有突破性意义，还在应用层面展示了广阔的前景。流体引擎的开发背景可以追溯到近年来在软机器人领域的不断探索。软机器人因其柔软、灵活和安全的特性，逐渐成为机器人技术研究的热点。然而，传统的软机器人驱动方式，如电动机和气动驱动，往往需要外部电源或复杂的管道系统，限制了其在实际应用中的灵活性和便携性。

北卡罗来纳州立大学的研究团队通过创新设计，成功开发出一种无需外部电源的流体引擎。这一引擎通过油液的泵入和排出，实现了软机器人的屈伸运动，模拟了人类肌肉的工作方式。这一技术不仅提高了软机器人的灵活性和便携性，还为其在辅助设备和可穿戴设备中的应用提供了新的可能性。

软机器人驱动技术的前沿探索

软机器人驱动技术的研究一直是机器人技术领域的重要课题。2024年4月25日，《自然通讯》发表了一篇题为《用于软体独立机器人系统的无束缚软体驱动器》的综述文章，探讨了无束缚软体驱动器在软体机器人中的应用及其未来前景。文章由首尔国立大学的研究团队撰写，详细介绍了几种主要的无束缚软体驱动器，包括气动/液压驱动、磁驱动、热驱动和电驱动，并分析了每种驱动方式的优缺点。

气动驱动器通过相变材料的液-气转变实现体积变化，磁驱动器利用磁场与磁性材料的相互作用，热驱动器则通过温度变化或光热效应引起机械变形，电驱动器则通过电场作用使介电材料发生机械变形。这些驱动器在软体机器人中的具体应用，如自主机器人、智能触觉设备和无束缚医疗机器人等，展示了软机器人技术的广阔应用前景。

尽管无束缚软体驱动器具有许多优点，但其在实际应用中仍面临诸多挑战，如制造成本高、制造一致性差、力输出不稳定以及材料耐久性差等。未来需要通过跨学科的研究合作，进一步提高软体驱动器的性能和可靠性，以实现其在各个领域的广泛应用。

《Advanced Intelligent Systems》期刊的研究成果

北卡罗来纳州立大学的研究成果发表在《Advanced Intelligent Systems》期刊上，这一期刊致力于报道智能系统领域的最新研究进展。2024年5月13日，《Advanced Science News》发表了一篇关于如何通过触觉设备改善儿童学习的研究，展示了触觉学习在教育中的潜力。研究发现，触觉学习可以帮助儿童利用多种感官参与学习，从而获得更丰富、更互动的学习体验。

触觉学习涉及多种感官，通过直接触摸和运动感知提供反馈。研究表明，将触觉反馈融入教育设备可以帮助儿童通过多种感官参与学习，提供行动的触觉确认，并鼓励互动学习体验。然而，触觉学习在教育中也存在问题和限制，如随着年龄增长，将触觉反馈融入学习体验可能变得更加困难，而触觉设备的成本也可能限制其在教育环境中的应用。

这一研究与北卡罗来纳州立大学的流体引擎研究有着异曲同工之妙，都是通过创新技术手段，提升人类生活的质量和体验。无论是教育领域的触觉学习，还是辅助设备中的软机器人技术，都是通过技术创新，为人类提供更好的服务和支持。

国家科学基金会对软机器人研究的支持

北卡罗来纳州立大学的流体引擎研究得到了国家科学基金会的支持，这一机构在推动科学研究和技术创新方面发挥了重要作用。2024年4月22日，美国内布拉斯加大学林肯分校的工程师埃里克·马克维卡获得了国家科学基金会的CAREER奖助，用于研究软材料在机器人技术和可伸缩电子领域的应用。

马克维卡致力于开发一种新型材料制造方法，将液态金属与固体颗粒添加剂稳定混合，以实现优越的性能，包括热电导性、流动性和自修复能力，推动软机器人和4D打印领域的发展。他的研究突破了液态金属添加固体颗粒时遇到的障碍，通过添加中间层或涂层来解决液态金属与固体颗粒反应的问题，为定制液态金属混合物打开了新的可能性。

此外，马克维卡还将在工程教育中推广创业教育，培养学生的创业意识。该研究有望为软机器人和可伸缩电子领域带来重大突破，同时促进工程教育的创新发展。

未来展望与总结

北卡罗来纳州立大学开发的轻便流体引擎为软机器人技术的发展开辟了新的道路。这一技术不仅在技术上具有突破性意义，还在应用层面展示了广阔的前景。通过将油液泵入和排出软机器人的腔室，实现了软机器人的屈伸运动，模拟了人类肌肉的工作方式。这一技术的成功开发，为辅助设备和可穿戴设备中的软机器人应用提供了新的可能性。

软机器人驱动技术的研究一直是机器人技术领域的重要课题，未来需要通过跨学科的研究合作，进一步提高软体驱动器的性能和可靠性，以实现其在各个领域的广泛应用。国家科学基金会对软机器人研究的支持，为这一领域的发展提供了重要保障。

总的来说，北卡罗来纳州立大学的流体引擎研究不仅展示了技术创新的力量，还为未来软机器人技术的发展提供了新的方向。通过不断的技术创新和跨学科合作，软机器人技术有望在辅助设备、可穿戴设备、医疗设备等领域发挥更大的作用，为人类提供更好的服务和支持。