工程人员实现让软体机器人运动的一种新方法

(相关资料图)

北卡罗来纳州立大学的科学家们展示了一种软体机器人，设计得像一只毛毛虫，能够向前、向后移动，并挤过狭小的空间。这种受毛毛虫启发的机器人的运动是由一种独特的银纳米线模式驱动的，它利用热量来调节其弯曲度，使用户能够将机器人引向任何想要的方向。

"毛毛虫的运动是由其身体的局部曲率控制的--当它把自己往前拉的时候，它的身体曲线与它把自己往后推的时候不同，"关于这项工作的一篇论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系安德鲁-亚当斯特聘教授朱勇说。"我们从毛虫的生物力学中获得灵感，模仿这种局部曲率，并使用纳米线加热器来控制毛虫机器人的类似曲率和运动。

朱说："设计能够在两个不同方向上移动的软体机器人是软体机器人技术的一个重大挑战。嵌入式纳米线加热器使我们能够以两种方式控制机器人的运动。我们可以通过控制软体机器人中的加热模式来控制机器人的哪些部分弯曲。而且我们可以通过控制施加的热量来控制这些部分弯曲的程度。"

毛毛虫机器人由两层聚合物组成，它们在受热时反应不同。底层在受热时收缩，或者说收缩。顶层在受热时膨胀。一个银纳米线的图案被嵌入膨胀的聚合物层中。该图案包括研究人员可以施加电流的多个引线点。研究人员可以通过向不同的引出点施加电流来控制纳米线图案的哪些部分发热，并且可以通过施加更多或更少的电流来控制发热量。

"我们证明了毛毛虫机器人能够将自己向前拉，并将自己向后推，"该论文的第一作者、北卡罗来纳州的博士后研究员Shuang Wu说。"一般来说，应用的电流越大，它在任何一个方向上的移动速度就越快。然而，我们发现有一个最佳周期，它给了聚合物冷却的时间--有效地让"肌肉"在再次收缩之前放松。如果我们试图让毛毛虫机器人循环得太快，身体在再次收缩之前没有时间"放松"，这就损害了它的运动。"

研究人员还证明，毛毛虫机器人的运动可以被控制，以至于用户能够将其引导到一个非常低的缝隙下--类似于引导机器人滑到门下。从本质上讲，研究人员可以控制向前和向后的运动，以及机器人在该过程中的任何一点向上弯曲的高度。

"这种在软体机器人中驱动运动的方法是高度节能的，我们有兴趣探索如何使这个过程更加有效，"朱说。"接下来的其他步骤包括将这种软体机器人运动的方法与传感器或其他技术相结合，以用于各种应用--如搜索和救援设备。"

关键词：