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只要改变温度,新型机器人就能全速前进

导语:加州理工学院和苏黎世联邦理工学院的工程师已开发出能够在不使用任何电机、伺服系统或电源的情况下自行推进的机器人。这些先进的机器人通过水中的桨来划动前进的,推动桨运动的开关是一种可以随温度变化而变形的材料。

机器人通常需要供电才能运动,没有电就意味着没有运动,不过,加州理工学院和苏黎世联邦理工学院的工程师已开发出能够在不使用任何电机、伺服系统或电源的情况下自行推进的机器人。这些先进的机器人通过水中的桨来划动前进的,推动桨运动的开关是一种可以随温度变化而变形的材料。

这项研究模糊了材料和机器人之间的界限。在自主装置中,材料本身使机器发挥作用。论文的第一作者、加州理工学院工程和应用科学系机械工程和应用物理教授Daraio 表示,“我们的例子表明,我们可以使用结构材料变形,以响应环境线索,控制和推动机器人。”该论文发表在5月15日出版的美国国家科学院院刊上。

新的推进系统依赖于一种柔性聚合材料,它遇冷时会卷曲,遇热时会伸展。聚合物被定位为激活机器人内部的开关,此开关又连接到一排类似于划艇的桨上。

开关由双稳态元件制成,该元件可以稳定在两个不同的几何形状中。它由弹性材料条制成,当被聚合物推动时,它会从一个位置卡到另一个位置。

当冷机器人放置在温水中时,聚合物伸出,激活开关,由此产生的突然释放的能量使机器人向前移动。聚合物条也可以“被调整”以便在不同的时间给出特定的响应:也就是说,较厚的条相比较薄的条将需要较长时间来预热,伸展并最终激活它的桨。这种可调节性让团队设计能够以不同速度转动和移动的机器人。

这项研究是基于加州理工学院航空航天教授Daraio和Dennis Kochmann的前期工作。他们使用双稳态元件链来传输信号并建立类似计算机的逻辑门。

在最新的设计版本中,Daraio团队和合作者能够将聚合物元素和开关连接起来,从而使四桨机器人向前推进,放下一个小的有效载荷,然后向后划桨。

PNAS论文的第一作者、加州理工学院博士后学者Osama R. Bilal说,“将简单的运动结合在一起,我们就能够将编程嵌入材料中,执行一系列复杂的行为。” 在未来,可以添加更多的功能和响应性,例如使用响应其他环境线索的聚合物,如pH或盐度。研究人员说,机器人的未来版本可能含有化学物质泄漏,或者尺寸更小的机器人可以递送药物。

目前,当双稳态元件捕捉并释放它们的能量时,它们必须手动复位以便再次工作。接下来,团队计划探索重新设计双稳态元素的方法,以便当水温再次变动时,它们可以自我复位,只要水温度保持波动,它们就可以不停地动作。

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