力量与灵活性：长颈鹿的脖子启发日本研发新型机器人

谈到机器人的灵活性，最好的例子通常是模仿章鱼触手或大象鼻子的软体机器人，它们具有一些独特的能力。但大多数动物在某种程度上也是柔软灵活的，通常与坚硬的内部结构相结合。 

这是一个复杂的系统，尽管在功率和控制方面有一些显著优势。东京工业大学的研究人员尝试模仿动物界中最令人印象深刻的灵活性与力量组合之一——长颈鹿的脖子。 

目前这项工作仍属于研究性质，旨在帮助找到将真实动物的解剖结构转移到机械上的方法。然而，这一机器人颈部已经能够像其原型一样移动，甚至能够适应施加的力（由工程师的双手施加）。这一原型距离活体长颈鹿的全部能力还很远，但工程师计划提高其灵活性和耐久性。

“长颈鹿的脖子具有出色的特性，可以作为建造大型机器人机构的良好替代方案。例如，当长颈鹿互相击打脖子时，脖子可以快速移动。此外，长颈鹿的脖子有助于防止撞击，并能适应对手脖子的形状和硬度。相比之下，普通机器人机构在实现这种力量与灵活性的特性方面能力有限，即既要强大，又要能抵抗冲击，还要在运动学和动力学上适应对手。”研究报告中写道。 

长颈鹿的脖子重量可达150千克，长度可达2米。在进化过程中，它们变得既灵活又强壮，不仅是为了获取美味的高处树叶，也是因为雄性长颈鹿会用脖子互相搏斗，有时甚至致死。对于开发大型机器人来说，还有什么比这更好的灵感来源呢？对吧？

作为制造强大而灵活机器人的第一步，研究人员基于解剖学知识，制造了一个模仿长颈鹿脖子结构和机制的半比例骨骼肌肉机器人，并重现了其部分特性。

该装置由3D打印的骨骼机构、模仿枕韧带的重力补偿机构（采用橡胶材料和张紧器）、使用细型人工肌肉的双重肌肉控制系统，以及使用橡胶圆盘和模拟韧带的特殊关节组成。

长颈鹿机器人颈部尽力模仿真实长颈鹿脖子的结构，具有类似的椎骨和肌腱布局，并采用细型气动McKibben人工肌肉提供收缩力，这与真实肌肉的工作方式相同。这很复杂，但能带来显著的灵活性。

论文作者指出，长颈鹿在相互接触时能够以非破坏性的方式利用脖子的力量和灵活性，而普通机械系统则无法做到这一点。

迄今为止，研究人员尚未开发出具有与长颈鹿脖子相同力量和灵活性特性的机器或机器人。例如，如果两台真实的工业起重机相互打斗，可以想象损失将是灾难性的，两台起重机都会损坏。相比之下，真实长颈鹿的脖子破坏性较小，也不会做出奇怪的动作。

无论如何，研究人员认为，用长颈鹿脖子的模型来开发兼具实用力量、灵活性和控制能力的机器人系统，可能比用大象鼻子的模型更容易。可以牺牲一些柔软性和灵活性，使其真正以能够施加工业应用所需力量的方式工作。

这款机器人的名称是“长颈鹿脖子机器人1号”。虽然名字不太有创意，但暗示了之后还会有其他机器人问世。显然，下一步将通过使用液压驱动而非气动驱动，将功率提升几个数量级。

“这项研究旨在将长颈鹿脖子的这些卓越特性应用于机器人机构的开发。具体而言，机器人专家与动物解剖学家合作，基于长颈鹿脖子的解剖结构，开发出一种强大而灵活的长型骨骼肌肉机器人。该骨骼肌肉机器人原型由易于弯曲的细型气动McKibben人工肌肉驱动。结果证实了肌肉与韧带之间的协调性，以及形状对外力的适应能力。”研究人员表示。 

实验结果表明，科学家已经成功地让机器人类似物获得了能够像长颈鹿一样提供力量和灵活性的机制。考虑到大自然四十亿年来一直在不断创造最佳工程解决方案，科学家们唯一能做的，就是从自然界中寻找解决问题的方法。