仿生微型機器人來了 用光彎曲混合水凝膠致機器人行走

2020-12-12 電子發燒友

仿生微型機器人來了 用光彎曲混合水凝膠致機器人行走

科技日報、科學機 發表於 2020-12-11 19:21:13

　　用光彎曲混合水凝膠致機器人行走。

　　圖片來源：《科學機器人》網站

　　據最新一期《科學機器人》報導，美國西北大學的研究人員開發出首個類似於生命的材料，可以充當軟機器人。它能以人類的速度行走，撿起物體並將其運輸到新的位置，甚至還可以跳「霹靂舞」來釋放顆粒物。

　　該機器人類似於四足章魚，在充滿水的水箱內運行，非常適合在水生環境中使用。這個釐米大小的機器人按重量計有將近90％的水，無需複雜的硬體、液壓或電力裝置即可移動。機器人由光激活並沿外部旋轉磁場的方向行進。機器人能以人類的速度（大約每秒一步）行走，並對磁場進行響應，從而使這些材料能遵循特定的軌跡。

　　傳統機器人通常具有大量硬體和電子設備，無法與包括人類在內的軟結構進行安全交互。新研究設計了具有分子智能的軟材料，使其能夠像其他傳統機器人一樣工作，並在水下或地下的狹小空間中發揮特殊作用。

　　通過耦合對光和磁場的響應，研究人員設計的機器人還可以拾取「貨物」，並通過步行或滾動將其運送到目的地。機器人通過顛倒其形狀或執行旋轉的「霹靂舞」來移動，將貨物放置在新位置。

　　機器人精確運動和敏捷性的秘訣在於其充滿水的結構以及嵌入式骨架。柔軟的組件是一種分子設計的網絡，其各個部分可使其對光作出反應，在其內部保持或排出水，並具有適當的剛度以快速響應磁場。

　　西北大學研究小組使用化學合成方法對水凝膠中的分子進行編程，以對光作出反應。當暴露在光線下時，機器人的分子變成疏水性，導致水分子逸出。通過這種轉換，機器人可以完成從彎曲到站起來活動等動作。研究發現，這種彎曲使材料能夠快速響應旋轉的磁場，從而激活其快速行走的能力。當燈熄滅時，分子會恢復為原始狀態，並且機器人會變平，但是當LED提示時，它隨時準備在磁場下進行新的活動周期。

　　當暴露於旋轉磁場時，彎曲機器人中的嵌入式骨架會在軟分子網絡上施加循環力並激活腿部。通過將步行和轉向運動結合在一起，研究人員對特定的磁場序列進行編程，就可實現對機器人的遠程操作。這種可編程功能使研究人員能夠通過複雜的路線引導機器人穿過狹窄的通道。

　　研究人員表示，編制微型機器人的運動可幫助催化不同的化學反應，然後產生有價值的產品。機器人還可進行分子設計，以識別並主動去除特定環境中不需要的顆粒，或者利用其機械運動將生物治療劑或細胞精確地遞送至特定組織。

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