傳統機器人往往採用電機驅動控制，他們精確有力但卻也蘊含危險，動作僵硬。近年機器人的研究熱點之一便是科學家們拋棄了傳統的電機製造的機器人，開始嘗試開發智能材料，來模仿生物肌肉收縮。
多倫多大學 「材料科學工程部」 的Hani Naguib教授及其小組提出了一種新型的智能材料並製造了一隻軟體機器人「尺蠖」（讀音huo）。這個機器人的外表平平無奇，看起來如同一片黑色的膠帶，有著四隻銅腳。但你可不能小瞧它，藉助神奇的「智能材料」技術，間斷性的通電就可以實現尺蠖的爬行運動！
軟體機器「尺蠖」和真實的尺蠖對比
Naguib教授團隊發現了一種新穎的方法來對智能材料進行編程，Naguib他的團隊將這項技術應用於機器人領域，創造了可以捲曲的「軟體」驅動器，該驅動器在12V的電壓下可實現540度三維彎曲，並製造了一個軟體機器人來模擬尺蠖蠕蟲爬行的動作。Naguib教授認為該智能材料還可能被應用於航空，手術以及可穿戴智能設備中。
Hani Naguib團隊的研究重點之一是電熱執行器（electrothermal actuator，簡稱ETA），也就是尺蠖機器人身體的黑色部分。這是一種由特殊聚合物製成的材料，在製作過程中，對其材料進行特殊的「編程」，從而使它對外界電或熱的變化做出物理響應。例如，可以對ETA進行編程以模仿肌肉反射，在低溫時收縮，在高溫時會舒張，從而通過控制外界溫度變化，就可以實現對於材料的「控制」。
小知識：智能材料多指對於外界給與的刺激可以做出反應（例如收縮，彎曲）的材料，刺激包括光，力，電場，磁場，溫度等。常見的智能材料有形狀記憶合金，形狀記憶高聚物，壓電材料，介電彈性體等。
研究成果由HaniNaguib教授及其團隊於2019年8月份發表在nature旗下開源綜合性期刊「科學報告」（scientific report）上。
蠕蟲「爬行」視頻
視頻中運動分解圖
原理：尺蠖的四隻腳是導電的銅片，通電後可以加熱機器人本體。本體基於形狀記憶原理在常溫下保持彎曲的樣子。每每通過路徑給它通12V的電壓20s，機器人受熱會從彎曲狀態伸展。20s後停止通電，一段時間後隨著熱量的消散，它會再次回到最初記憶的彎曲形狀。尺蠖的尾巴是硬質的材料，產生阻力從而推動機器人向前，以此反覆執行來實現爬行的運動。
美國每日科學網 (ScienceDaily)近日也對該研究以及研究團隊進行了如題報導： 「像蠕蟲一樣運動的軟體機器人」 （Soft robot programmed to move like aninchworm）。小編希望通過整理該報導和論文原文內容，讓大家可以大致窺探到這隻軟體「蠕蟲」的奧秘。
文章第一作者博士生Sun解釋說：「現有研究基本上是對一塊平坦的ETA材料進行編程，因此製作的驅動器的響應只是二維的彎曲運動。」相比之下，他們創造的ETA驅動器有3維的狀態。他們使用了一種熱致應力鬆弛和固化方法，為複雜的形狀和運動提供了更多可能性。Sun還表示：「我們製作的ETA驅動器相對來說驅動效率也是很大的，要比迄今為止研究文獻中所存在的任何驅動器效率更高。」
驅動器的顯微鏡圖
如上圖，該研究中提出的新型的ETA是將PDMS（Polydimethylsiloxane，聚二甲基矽氧烷）層和SWCNT（single-wall carbon nanotubes，單層碳納米管）層通過特殊的製造方法（詳請可參考文末原文連結）融合。
可編程的ETA具體展示
ETA由PDMS和SWCNT層混合製造，當我們把左圖中兩種材料混合製造的ETA扭曲720度並且通電（7V）加熱一段時間後，撤掉電源冷卻以後改材料仍然保持原狀（圖4右圖），這種變形是研究者指出的三維的形狀記憶效果。
純PDMS的薄片
對PDMS進行如之前ETA上上圖的操作，冷卻後沒有辦法維持720度的扭轉（如上右圖），無法保持形狀記憶。
ETA驅動器彎曲的視頻
彎曲驅動器的視頻截圖
圖中展示了ETA驅動器在通電加熱的情況下，隨著時間的變換，驅動器彎曲的變化。
Naguib在採訪中表示，這些可編程的變形軟機器人有很高的應用價值，它可以在航空，手術和可穿戴電子產品等領域發揮作用。他提出了一些潛在的其他的應用場景，例如，發生煤氣洩漏或火災，可以為爬行軟體機器人配備傳感器以測量有害環境」
「我們正在努力將這種材料應用於服裝。這些服裝會根據體溫而伸展收縮，這可能對運動員有治療作用，」Naguib說。該團隊還在研究這類智能服裝是否對脊髓損傷有益。
在未來一年的研究中，Naguib的團隊致力於加快「尺蠖」軟體機器人的響應速度，並研究一些其他的應用場景。他說：「目前我們已經「訓練」這種材料像蠕蟲一樣運動，我們希望未來可以模仿更多的運動，例如蝴蝶的翅膀。」