软体机器人能轻松爬过环路和弯道

  软体机器人由多个部分组成，这些部分可折叠成扁平圆盘并延伸成圆柱体。图片来源：普林斯顿大学

科技日报记者 张梦然

  美国普林斯顿大学和北卡罗来纳州立大学工程师，将古代折纸技术和现代材料科学结合起来，创造出一种软体机器人，可轻松穿过迷宫。发表在最新一期《美国国家科学院院刊》杂志上的文章中，研究人员描述了他们用模块化的圆柱形部件创建机器人的过程。

  软体机器人的转向一直具有挑战性，因为传统的转向设备会增加机器人的刚性并降低其灵活性。此次新设计将转向系统直接内置于机器人体内，克服了这些问题。模块化软体机器人的概念还让人们进一步了解未来可生长、可修复和可开发新功能的机器人。

  新创建的机器人具有在移动过程中组装和拆分的能力，这使其既能够作为单个机器人，也能作为群体工作。它每个部分都是一个独立单元，可相互通信并根据命令进行组装，也可轻松分离，再使用磁铁连接起来。

  研究人员用被称为克雷斯林图案的折纸形式的圆柱形部分，建造出这种机器人。该图案允许每个片段扭曲成扁平的圆盘并扩展回圆柱体。这种扭转、伸展运动是机器人具有爬行和改变方向能力的基础。通过折叠圆柱体的一部分，机器人还能在前进时改变方向。

  这项工作最具挑战性之处，是要开发出一种机制来驱动和操纵机器人的弯曲和折叠运动。研究人员使用了两种在加热时有不同反应的材料：液晶弹性体（加热时收缩）和聚酰亚胺（加热时膨胀），并将它们沿着克雷斯林图案的折痕组合成细条。每个折叠处安装了一个由银纳米线制成的可拉伸加热器。纳米线加热器上的电流加热控制条，使得两种材料因不同的热膨胀系数而发生形变，进而引发折叠。通过调整电流和控制条，研究人员可精确控制折叠和弯曲，驱动机器人精准移动和转向。