哈佛&加州理工新研究:小卡片遇熱變機器人,不插電能運動

2020-12-03 澎湃新聞

關注前沿科技 量子位 郭一璞 發自 凹非寺

量子位 報導 | 公眾號 QbitAI

一張白色半透明小卡片，放在200攝氏度的熱表面上，就立馬捲起來了。

不僅能捲起來，還能一步一步往前跑，每次一個新的面跟熱表面接觸，就能推動它轉向下一個面，研究者們給它取名叫Rollbot。

換個造型，扔進熱水裡，就能迅速的摺疊起來。

從側面來看，這個疊法簡直就像一隻青蛙。

如果仔細來看，你會發現小卡片不同的「關節」並不是同步變彎的，有的先行，有的後動，折成一個回形針的樣子。

要是從熱水裡拿出來，溫度降下來，它還能再把自己展開鋪平。

其實，這是哈佛大學和加州理工共同研發的軟體機器人，是的沒錯，雖然不插電，但不耽誤它是一臺機器人。只要受熱，它就能彎折，實現變身和運動。

由於能在不同環境中靈活「變身」，而且材料結構可調節，設定彎折的環境與角度，將來這種軟體機器人可以為醫療和工業領域中的被動控制奠定基礎。

你一熱，它就彎

好好地機器人，為什麼會變彎？

這源於一種特殊的鉸鏈結構。

這些鉸鏈結構是3D列印出來的，由LCE（液晶彈性體）構成。

LCE在一定溫度上會變彎，在這個溫度之下會伸直，兩種狀態之間有一個轉變溫度。

研究者們用到了兩種LCE材料，由於骨架柔韌性和交聯化學性質的差異，兩種LCE材料的轉變溫度不同，一種的轉變溫度是24攝氏度，另一種的轉變溫度是96攝氏度。

兩種材料的化學式不同，下圖藍色框內的是轉變溫度為24攝氏度的LCE材料，橙色框內是轉變溫度為96攝氏度的LCE材料。

之後需要進行3D列印，由於雙層列印橫縱排列不同，列印出來的鉸鏈結構會在變溫時按照Mountain（山形）和Valley（谷形）結構，分別朝兩邊彎折。

這樣，出來的成品就可以被控制摺疊方向，有的稜朝外側摺疊，有的稜朝內側摺疊，全自動變身，無需人工幹預。

另外，摺疊的角度也是可以控制的，雖然可以達到180度的摺疊，不過具體角度和鉸鏈的材料與尺寸息息相關。

彎折方式隨心所欲

因此，使用這種鉸鏈，你就可以提前預設這塊小卡片應該朝哪裡彎折、在多高溫度時候彎折、彎折的角度是多少，這樣就可以根據具體的應用場景和環境，設計出合適的軟體機器人。

比如，這樣的軟體機器人結構，總共50個教練，每個都是6毫米寬，0.5毫米厚，可以摺疊到180度。

在室溫下，它的造型是這樣的，兩個連接的方塊都是展開的：

加熱到95度，上面的方塊就把自己壓扁了：

加熱到155度，下面的方塊也扁了：

但是如果恢復到室溫，兩個方塊就會都重新展開。

哈佛&加州理工出品

這項研究有兩位共同一作。

一位是Arda Kotikian，她之前本科學的就是化學和數學，現在是哈佛John A. Paulson工程與應用數學學院的研究生，一直在研究用LCE材料開發軟體機器人。

另一位是Connor McMahan，加州理工學院機械和土木工程博士在讀，一直在研究預測形狀變化結構。另外，他還是一名NASA Fellow。

傳送門

Untethered soft robotic matter with passive control of shape morphing and propulsion

https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7044

— 完 —

原標題：《小卡片遇熱就變機器人，不插電就能運動，哈佛&加州理工新研究登上Nature子刊》

閱讀原文

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