出汗的机器人？具有肌纤维艺术肌肉和骨骼冷却系统的仿生机器人技术的快速进步

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发表于：2025年2月21日 /更新，发表于：2025年2月21日 - 作者： Konrad Wolfenstein

出汗的机器人？肌纤维艺术肌肉和骨骼冷却系统创造图像的Bionik机器人快速进步：XPERT.Digital

出汗的机器人和人造肌肉：人形机器人的革命

人形机器人及其在即将到来的技术转型中的关键作用

人形机器人技术的快速发展是范式转移的门槛，这不仅会带来技术，而且还会带来深刻的社会变化。我们正处于一个时代的开始，即人类机器人不再只是科幻和研究实验室的主题，而是越来越多地进入我们的日常生活，我们的工作世界和我们的全球技术景观。这一领域的进步是如此动态，以至于它们不仅改变了行业，还重新设计了劳动力市场并加强了国际技术竞争，尤其是在中国和西方国家之间。

过去十年中，人类机器人技术经历了显着的加速。仿生设计的创新，人工智能的整合和战略地缘政治考虑是这一发展的推动力。曾经被认为是一种未来派的愿景，即可以承担复杂任务并与我们互动的人类般的机器人，现在已经可以触及。通过合成肌肉骨骼系统，流体动力执行器和自适应热管理系统的突破使这种转变成为可能。这些技术已经开发了从好奇的实验室原型到即将进入市场的技术。

在不同地区可以看到进度。像Clone Robotics这样的公司及其ProdoClone V1令人印象深刻地展示了最新的仿生设计的可能性。同时，在非特里机器人技术上可以观察到的国家资助的倡议正在推动更大的码数开发。同时，创新的冷却系统显示了它们如何在诸如Kengoro和Andi之类的机器人中使用，即机器人技术中的功能现实主义变得越来越重要。这些基于人类出汗原则的冷却系统，即使在苛刻的条件下，机器人也可以更长，更有效地工作。

仿生学或仿生学：从自然中学习创新技术

在类人生物机器人技术背景下的中心术语是仿生物，也称为Bionik或bioMimikry。该学科描述了根据自然模型设计技术系统，材料或过程的方法。在数百万个进化过程中，大自然产生了各种各样的结构，功能和机制，这些结构，功能和机制通常令人惊讶地高效且优雅。仿生学利用这种进化专业知识作为技术创新的灵感来源。

仿生学的基本思想是分析自然现象并了解基本原则。然后将这些原则转移到技术问题上，以开发新的和改进的解决方案。这种方法的优点是它基于经过验证和优化的自然解决方案，这些解决方案在长期内已经在真实环境中证明了自己。

在技术和科学的各个领域使用了无数的仿生发展的例子。在机器人技术的背景下，一些特别相关的例子是：

肌动纤维艺术肌肉

这些创新的致动器受人类肌肉的结构和功能的启发。它们使机器人能够平稳而自然的运动，并为精细的运动技能和动态运动打开了新的机会。

骨架冷却系统

像Kengoro这样的机器人使用以人出汗为模型的冷却系统。由于液体在多孔骨骼结构上蒸发，热量有效散发，从而增加了机器人的工作时间和性能。

较轻的飞机形状

鸟翅膀和鲸鱼鳍的空气动力学为飞机的效率更有效的机翼形状的发展做出了重大贡献。由于模仿了自然设计，飞机可以节省燃料并优化其飞行性能。

魔术贴

仿生剂的一个经典例子是魔术贴紧固件，它是基于Clets模型开发的。 Burdock的小型检查标记和循环是一个简单有效的封闭系统的灵感，该系统如今已在许多应用中使用。

仿生学：自然原理如何改变技术

但是，仿生学不仅仅是模仿性质。这是一种结合生物学，工程，材料科学和计算机科学的跨学科方法。目的是了解自然的基本原则，并创造性地将其应用于技术挑战。在机器人技术中，仿生学在开发可以在自然环境中移动并与人互动的人形机器人中起关键作用。

克隆机器人技术：重新定义拟人化机器人技术

Lone Robotics是一家致力于发展 - 艺术拟人化机器人的公司，并通过其原始的V1在该地区设定了一个非凡的里程碑。原始v1是结合解剖学精度和工程的令人印象深刻的例子。该机器人是在合成平台中重现人类生物力学的最全面尝试。

Prodoclone V1具有复杂的结构，其中包括206个基于聚合物的骨头模拟，1,000个肌纤维艺术肌肉和液压血管系统，可实现出色的迁移率。它具有200度的自由度，甚至超过了人类骨骼，就其靶向表达而言，其大约360个关节。这种高度的自由度使机器人可以进行广泛的动作和姿势，这些动作与人的动作接近。

克隆机器人技术的核心是肌动纤维艺术肌肉。这些执行器的灵感来自McKibben气动演员，但使用具有水流的针迹管的创新结构。在压力下，这些试管会收缩纵向，并在不到50毫秒的时间内收缩高达30％。 3克与1千克的功率比显示了这些艺术肌肉的效率和性能。它们启用了精确操纵所需的精细发动机手指运动，以及动态的完整姿势，这些姿势在2025年1月的病毒演示视频中令人印象深刻。

但是，ProtoClone V1不仅是令人印象深刻的原型，而且是“克隆Alpha”倡议的先驱，该计划在2025年提供了有限的市场推出。克隆α旨在整合模仿人类代谢过程的合成器官系统。基于网格的“血管网络”在整个机器人中分布液压流体，而双摄像头和320个压力传感器产生了类似于生物神经系统的本体感受反馈回路。这种反馈使机器人能够感知其在房间中的位置和移动，并相应地调整其动作。

克隆α的聚合物骨架有助于重量显着降低。它比可比的铝制框架轻40％，但仍保留其在侧重负荷下的稳定性高达200个牛顿。轻度和稳定性的这种结合对于机器人的敏捷性和能源效率至关重要。

克隆alpha的第一批用户包括豪华酒店连锁店和汽车制造商。这些公司测试了各种应用程序的平台，包括礼宾服务和精确的组装流程。例如，在豪华酒店中，机器人可以帮助客人进行办理登机手续，提供信息或运输行李。在汽车行业中，它们可以用于组装过程中，其中精确性和可重复性是决定性的。

尽管克隆机器人技术和原晶V1取得了令人印象深刻的技术成就，但机器人的设计也引发了有关公众看法的疑问。缺乏面部特征与四肢的超现实动作结合使用，可能会触发某些人所谓的“不可思议的山谷”现象。怪异的山谷描述了当人类般的机器人或动画相似时会产生的不适或拒绝感，但同时却具有微妙的差异，使它们显得“可怕”或“令人毛骨悚然”。

研究人员，例如来自OpenAAI的DAR Sleeper，已经观察到原骨v1的设计可能会引起此类反应。为此，克隆机器人技术改编了他的营销策略。现在的重点不再放在机器人的美容人类上，而是在其功能性拟人化上。克隆机器人被定位为“强大的工具”，而不是人类的伴侣。这种战略重新调整旨在增加公众对机器人的接受，并最大程度地减少由于不可思议的山谷而导致的负面反应。

Unitree机器人技术和中国的战略机器人进攻

Unitree Robotics是另一家在人类机器人技术发展中发挥关键作用的公司，尤其是在中国对该技术领域的战略关注的背景下。统一的首席执行官王在前排的经济研讨会上与习近平总统在2025年2月在前排的存在发出了一个明显的信号：在中国将类人类机器人视为“新生产力”的中心支柱，并得到了相应的鼓励。

王在关于研讨会的演讲中，强调了强化学习体系结构的显着进步，这使得有可能大大缩短G1机器人在复杂任务中的训练周期。对于诸如民间舞蹈编舞之类的艰巨任务，10,000的训练周期仅减少到800次迭代。机器人训练效率的提高对于在各个应用领域的更快发展和更广泛的人形机器人使用至关重要。

政府计划“机器人技术+”于2024年启动，强调了中国对机器人技术的承诺。该计划每年为国家执行器和传感器系统的开发提供23亿美元。该州的资金直接使诸如Zhejiang Changsheng之类的供应商受益，该供应商在一年中增长了600％。大量国家的支持表明，中国将机器人技术视为战略上重要的行业，并投资于其发展。

UNTREE机器人技术的G1平台是中国务实策略引入人形机器人的具体例子。 G1拥有43度的自由度，仅包括每只手26度，可以在物体操纵中获得相当大的精度。值得注意的是，Unitree依赖于成本效益的和谐齿轮而不是专有演员。这种方法表明一种策略，该策略旨在不惜一切代价，而不是最高绩效。

“ Yang Bot”春节表演是G1和Unitree的Swarm机器人技巧的一个令人印象深刻的例子。在此演示期间，12个G1机器人证明了同步运动，低潜伏期仅为0.2秒。这种群协调技术对于工业群应用至关重要，其中几个机器人必须共同解决复杂的任务。

与专注于奢侈品定位的克隆机器人技术相反，Unitere正在采用可扩展生产的策略，基本价格相对较低，基本价格为45,000美元。该定价旨在使机器人可以被更广泛的受众访问，并促进在各个行业中使用。与阿里巴巴云这样的公司的合作伙伴关系整合了高级语言模型，例如tongyi Qianwen-llms，以实现任务的自然语言编程。编程的简化降低了中小型公司（中小型企业）的进入障碍，并促进了机器人在现有工作流程中的集成。

深圳的Unitreree生产设施目前每月生产200 G1单元。该公司实现了雄心勃勃的目标，并计划到2027年在亚洲物流市场中实现30％的市场份额。这种具有巨大增长潜力的物流部门的战略关注，强调了中国在全球机器人行业中发挥领导作用的野心。

仿生热管理：工作时间更长的汗水机器人

机器人技术中最大的挑战之一，尤其是对于具有复杂运动和高功耗的人形机器人，是热量管理。安装在机器人中的电子组件和执行器会在运行中产生热量，以避免过热和相关的性能或损坏的损失。仿生方法提供了受自然启发的创新解决方案。

仿生热管理的一个了不起的例子是在东京大学开发的机器人Kengoro的骨骼冷却系统。 Kengoro具有由3D打印多孔铝制成的热线调节的骨骼。由于结构，直径仅为50微米的微毛细管。去离子水是通过这些毛细血管引导的，这些毛细血管以每小时30毫升的速度蒸发。这种蒸发过程需要加热，并使冷却能力为488瓦，而常规空气冷却的359瓦。

这种创新的冷却系统使Kengoro能够在较长时间内进行诸如俯卧撑等剧烈运动，而无需发动机过热。在测试中，Kengoro能够完成11分钟的俯卧撑操作，而无需发动机输出。但是，该系统也有缺点：与常规冷却系统相比，它的体重增加12％。

亚利桑那州立大学的安迪项目进一步发展并改善了出汗机器人的概念。安迪（Andi）拥有35个独立的焊接区域和碳纤维“孔”，可以根据200个内部温度传感器的数据适应其蒸发速率。在亚利桑那州凤凰城的测试中，在摄氏47摄氏度的环境温度下，该系统能够将关键成分的温度保持在85摄氏度以下。同时，安迪（Andi）使用的冷却剂比封闭的流体冷却系统少23％。这种自适应焊接模型表明，仿生冷却系统不仅可以有效，而且可以储蓄。

尽管有效率，但出汗的冷却系统也面临挑战，尤其是在维护和长期稳定方面。例如，肯戈罗（Kengoro）需要每周的降落冲洗来释放可能影响冷却性能的微毛细血管。在安迪（Andi），发现环氧树脂皮肤在200个加热周期后倾向于降解症状。这些维护和耐用性问题是重要方面，在进一步开发和工业使用机器人的工业中必须考虑到这些方面。

还研究了被动冷却方法作为基于液体冷却系统的替代方法。例如，克隆α依赖于肌肉中的相变材料层（PCM）。 PCM是在一定温度下更改其套件并吸收或释放热量的材料。这种被动冷却不需要任何液体系统，但与活跃的流体系统相比，吸收能力低18％。适当的冷却系统的选择最终取决于机器人应用程序的特定要求，包括所需的冷却性能，重量，维护要求和操作环境。

人形机器人技术中的全球市场动态和道德考虑因素

人形机器人不仅是一个令人兴奋的技术领域，而且是一个具有相当大全球影响的高发展市场。 2024年，人形机器人行业的风险资本量达到了174亿美元。亚洲太平洋地区占61％的最大份额，这强调了亚洲，尤其是中国的重要性。

除了主要的机器人制造商外，二级市场还受益于这种增长。特殊组件和技术的供应商记录了不成比例的增长。一个例子是公司的Harmonic Drive SE，该公司能够确保Unterre还原装备后，其股票上涨了89％。这一发展表明，人形机器人技术的价值链是多种多样的，并提供了许多商机。

随着在各个领域的人形机器人的越来越多使用，监管和道德问题也浮出水面。例如，欧洲联盟在人工责任法（大概在2026年）进行了制定的指南草案。该准则可能会规定，类人生物机器人必须达到某些安全标准，例如每平方厘米少于80牛顿的皮肤压力有限和紧急关闭。这种监管措施旨在确保安全性处理人形机器人，但也可能将每单位的成本提高到估计的12,000美元。重要的是要找到一种平衡的方法来促进人们的安全和机器人行业的创新力量。

除了监管问题外，道德困境还起着越来越重要的作用。像克隆机器人（Clone Robotics）这样的公司使用的“综合人”的修辞提出了有关身份，自主权以及人与机器之间关系的深刻哲学问题。一项从2024年开始的一项研究表明，有68％的参与者将故意的意愿归因于原始的V1，尽管他们被告知其编程。这些结果表明，人类机器人对人类的感知很复杂，受到各种因素的影响，包括机器人的设计及其在公共场所的呈现方式。

人类机器人的人类越来越多也引发了人们对其在社会中的作用的疑问。您是否成为生活的各个领域的竞争者或宝贵的助手？您的存在如何影响我们的社会互动和作为人类的自我形象？这些问题需要广泛的社会辩论，其中必须参与各个学科，政客，公司和公众的专家。这是确保对人形机器人进行负责任且在道德上有理由处理的唯一方法，该机器人最佳地利用了该技术的机会，同时降低了可能的风险。

人形机器人技术的未来 - 技术与社会之间的平衡行为

人形机器人机器人位于动态而令人兴奋的发展阶段。快速的技术进步，尤其是在仿生学，人工智能和物质科学领域，可以发展日益高效和人类的机器人。克隆机器人技术和UNTREE机器人技术等公司通过其创新方法和产品大大推动了这一开发。

人形机器人的未来不仅在技术上决定了，而且在社会上也是如此

同时，我们面临着将技术可能性与社会需求和道德考虑的挑战。必须创建监管框架条件，以平等地促进安全性和创新。必须进行开放且广泛的社会辩论，以讨论类人形机器人技术的道德和社会含义，并设计对该技术的负责任的交易。

人形机器人技术的未来不仅取决于技术创新，而且还取决于社会接受，道德准则和对这项变革性技术的负责任处理。我们必须以人形机器人成为人类的丰富而不是冲突或不平等的来源的方式来制定课程。潜力是巨大的，但是需要清晰的指南针和共同的努力才能利用这种潜力来受益。

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