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仿生微型机器人跳着“霹雳舞”就卸了货

来源: 科技日报       2020-12-11 15:41

  用光弯曲混合水凝胶致机器人行走。

  图片来源:《科学机器人》网站

  据最新一期《科学机器人》报道,美国西北大学的研究人员开发出首个类似于生命的材料,可以充当软机器人。它能以人类的速度行走,捡起物体并将其运输到新的位置,甚至还可以跳“霹雳舞”来释放颗粒物。

  该机器人类似于四足章鱼,在充满水的水箱内运行,非常适合在水生环境中使用。这个厘米大小的机器人按重量计有将近90%的水,无需复杂的硬件、液压或电力装置即可移动。机器人由光激活并沿外部旋转磁场的方向行进。机器人能以人类的速度(大约每秒一步)行走,并对磁场进行响应,从而使这些材料能遵循特定的轨迹。

  传统机器人通常具有大量硬件和电子设备,无法与包括人类在内的软结构进行安全交互。新研究设计了具有分子智能的软材料,使其能够像其他传统机器人一样工作,并在水下或地下的狭小空间中发挥特殊作用。

  通过耦合对光和磁场的响应,研究人员设计的机器人还可以拾取“货物”,并通过步行或滚动将其运送到目的地。机器人通过颠倒其形状或执行旋转的“霹雳舞”来移动,将货物放置在新位置。

  机器人精确运动和敏捷性的秘诀在于其充满水的结构以及嵌入式骨架。柔软的组件是一种分子设计的网络,其各个部分可使其对光作出反应,在其内部保持或排出水,并具有适当的刚度以快速响应磁场。

  西北大学研究小组使用化学合成方法对水凝胶中的分子进行编程,以对光作出反应。当暴露在光线下时,机器人的分子变成疏水性,导致水分子逸出。通过这种转换,机器人可以完成从弯曲到站起来活动等动作。研究发现,这种弯曲使材料能够快速响应旋转的磁场,从而激活其快速行走的能力。当灯熄灭时,分子会恢复为原始状态,并且机器人会变平,但是当LED提示时,它随时准备在磁场下进行新的活动周期。

  当暴露于旋转磁场时,弯曲机器人中的嵌入式骨架会在软分子网络上施加循环力并激活腿部。通过将步行和转向运动结合在一起,研究人员对特定的磁场序列进行编程,就可实现对机器人的远程操作。这种可编程功能使研究人员能够通过复杂的路线引导机器人穿过狭窄的通道。

  研究人员表示,编制微型机器人的运动可帮助催化不同的化学反应,然后产生有价值的产品。机器人还可进行分子设计,以识别并主动去除特定环境中不需要的颗粒,或者利用其机械运动将生物治疗剂或细胞精确地递送至特定组织。

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