流線型機器人手臂的外觀設計研究，在靠近人類的地方使用時具有很高的接受潛力。資料來源：L. Boxberger/Fraunhofer IWU

機器人修剪草坪是社會已經接受的一種機器人協助形式。但目前在其他任務中，特別是那些涉及到與人類近距離接觸的任務，如家務和護理，機器人協助的概念還很少。弗勞恩霍夫機床和成型技術研究所IWU在機器人中使用創新的可切換剛度，將所需的強度和必要的安全性結合起來。在2022年3月16日的漢諾威工業博覽會預展和2022年5月30日至6月2日的漢諾威工業博覽會上，研究人員將展示一種機器人手臂，可以促進人們在其直接周圍的支持。

晚上，當機器人在廚房打掃衛生時，父母有時間舒適地坐在沙發上給孩子讀書，怎么樣？或者護理人員再次有時間專注于他們工作中的人性和情感方面，而由機器人來處理艱苦、單調的部分？到目前為止，像這樣的場景一直是科幻故事中的想法。畢竟，機器人主要是以僵硬的機器人系統的形式應用于工業領域，這些系統被精簡為力量和精度，需要非常復雜的安全計劃，以確保沒有工人被置于危險之中。

人形外觀？不完全是

弗勞恩霍夫IWU的研究人員為自己設定的目標是，在涉及接近人類的領域推動機器人技術的發展。弗勞恩霍夫IWU的人類機器人技術領域的課題負責人Linda Weisheit說："用于接近人類的機器人與用于工業的機器人產生了非常不同的要求，在工業中，工人可以以特定的方式接受培訓。如果機器人要在日常生活中使用，首先它們需要是安全的，其次，它們必須有一個合適的外觀，以增加接受度。雖然人形機器人在日本很受歡迎，但歐洲人往往認為與人類的相似性令人不安。因此，研究人員在設計方面保持著穩定的關注。"

弗勞恩霍夫IWU的研究現狀：機器人手臂由三個部分組成，具有可切換的硬度和肌腱，可執行一系列不同的運動。資料來源：弗勞恩霍夫IWU

可切換的剛度提供了力量和安全

Weisheit解釋說："在安全方面，軟體機器人技術提供了一個良好的基礎。它利用柔軟的材料，不會造成傷害。另一方面，這些機器人不能執行相當多的任務--即使是一整杯咖啡，對軟體機器人手臂來說也太重了。因此，我們正在努力開發具有可切換硬度的新結構--這意味著它們可以在剛性和柔軟之間切換這種可切換硬度的原理類似于咖啡包裝中使用的原理。當真空包裝時，它是堅硬和牢固的，但如果空氣進入，它就會變得漂亮和柔軟。為了進一步提高結構剛度，特別是在拉伸應變下，研究小組正在將其與置于彼此之上的薄膜相結合。這種組合的結果是，該系統可以承受拉伸應變，同時也能抵抗壓縮。使用這類具有可切換硬度的結構部件，使得設計新的運動概念和新的安全系統成為可能。這對我們的日常生活可能意味著什么，最好用裝滿咖啡的杯子這樣一個例子來解釋。如果機器人需要把它拿起來，它就把它的軟臂變得更硬一些，這樣它就能施加必要的力。在固體狀態下，它的硬度是軟的時候的300倍；換句話說，它的開關系數是300。然而，如果碰撞迫在眉睫--例如，如果人靠得太近--機械助手不會簡單地切換回其軟態。這將導致它把杯子掉到地上，留下一灘滾燙的咖啡，可能會對小孩子造成危險。相反，它被設計為執行一個規避動作。換句話說。就像人一樣，它在拿著杯子的同時擺脫障礙物的束縛。"

安全和強大的機器人結構的部署方案的愿景。信用: L. Boxberger/Fraunhofer IWU

Weisheit解釋說："研究人員已經向整個機器人系統邁出了第一步，并對整個系統的外觀提供了一個初步設想。他們已經開發了相關的結構部件，將它們與傳感器和執行器以及手勢控制結合起來，并制作了一個肌腱驅動的機器人手臂，它由三個可切換的部分組成，并通過手勢控制來執行平面運動。我們希望盡早與用戶開始對話，并找出他們的具體需求，這將使研究人員能夠根據用戶需求繼續開發。"