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新的机器人概念使用自适应材料在水中游泳三门峡

三门峡
2022年07月21日

新的机器人概念使用自适应材料在水中游泳

加州理工学院和苏黎世联邦理工学院的工程师开发了无需使用任何电动机，伺服器或电源即可自动推进的机器人。

取而代之的是，这些第一类设备会随着水的浸入而变桨，因为它们所构造的材料会随着温度变化而变形。

这项工作模糊了材料和机器人之间的界限中国机械网okmao.com。在自走式设备中，材料本身使机器起作用。加州理工学院工程与应用科学系机械工程与应用物理学教授达拉约（Daraio）说：“我们的示例表明，我们可以使用响应环境提示而变形的结构化材料来控制和推进机器人。”

揭开了5月15日在《美国国家科学院院刊》上出现的机器人的序幕。

新的推进系统依靠柔性聚合物条该条带在寒冷时会卷曲，在温暖时会伸展。放置聚合物以激活机器人主体内部的开关，该开关又连接到桨上，桨像划艇一样向前划动。

开关由双稳态元件制成，该元件是可以在两个不同的几何形状中稳定的组件。在这种情况下，它是由弹性材料制成的条带，当被聚合物推动时，条带会从一个位置卡到另一个位置。

将冷的机器人放在热水中时，聚合物会伸展开来，激活开关，结果突然释放的能量使机器人向前划桨。

还可以“调整”聚合物条带以在不同时间给出特定的响应：也就是说，较厚的条带比较薄的条带需要更长的时间进行加热，伸展并最终激活其浆板。这种可调性使团队可以设计能够以不同速度旋转和移动的机器人。

这项研究是基于Daraio和Caltech航空航天学教授Dennis Kochmann先前的工作进行的。他们使用双稳态元件链来传输信号并建立类似计算机的逻辑门。

在设计的最新迭代中，Daraio的团队和合作者能够将聚合物元件和开关链接起来，从而使四叶桨机器人自行向前推进，并放下一小块有效载荷（在这种情况下，上面印有加州理工学院印章），然后向后划动。

加州理工学院的博士后学者Osama R. Bilal是PNAS论文的第一作者，他说：“将简单的动作结合在一起，我们就可以将编程嵌入材料中，以执行一系列复杂的行为。”

将来，可以添加更多的功能和响应度，例如使用对其他环境提示（例如pH或盐度）有响应的聚合物。

研究人员说，未来版本的机器人可能会泄漏化学药品，或者以较小的规模运送毒品。

当前，当双稳态元件捕捉并释放能量时，必须手动重置它们才能再次工作。

接下来，该团队计划探索重新设计双稳态元件的方法，以使它们在水温再次发生变化时能够自动重置，从而使它们有可能无限期地游动，只要水温保持波动即可。

PNAS论文的标题为“利用双稳性来对软性，不受束缚的机器人进行定向推进”。