看下面這個(gè)有一點(diǎn)像小魚，又有一點(diǎn)像小船的機(jī)器人，把它輕輕地放入水中，它就能夠自主地游動(dòng)、劃行。
它是加州理工學(xué)院和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的工程師剛開發(fā)出的能夠在不使用任何電機(jī)、伺服系統(tǒng)或電源的情況下自行推進(jìn)的機(jī)器人！
這個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靠的是什么？
說它模糊了材料和機(jī)器人之間的界限，
有人可能想到了，
或許它的材料特殊？
沒錯(cuò)！
這個(gè)機(jī)器人之所以能靠“自己的力量”行動(dòng)，就是因?yàn)闃?gòu)造這種機(jī)器人的材料會(huì)隨著溫度變化而產(chǎn)生變形！材料自身就可以使得機(jī)器人工作。從而使得機(jī)器人首次實(shí)現(xiàn)自動(dòng)劃水！這項(xiàng)研究的相關(guān)論文發(fā)表在上周二的PNAS《美國國家科學(xué)院院刊》上，題為Harnessing bistabilityfor directional propulsion of soft, untethered robots。
如果你把這個(gè)機(jī)器人看成一只小魚，那么可以理解為魚身中有一個(gè)通過變形來提供動(dòng)力的聚合物“肌肉”，包裹在兩片低密度的漂浮裝置和一層外殼之中。“肌肉”由柔韌的高分子聚合物構(gòu)成，它們會(huì)在受冷時(shí)卷曲，受熱時(shí)舒展。
把這條小魚從可供人類呼吸的冰涼的空氣中放入溫暖的水里，它的肌肉就會(huì)伸展開，然后通過旁邊一個(gè)連接著“魚鰭”的小部件，來控制自身魚鰭的活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在水中的游動(dòng)~
兩鰭是最簡單的形態(tài)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，科學(xué)家們還設(shè)計(jì)出了三鰭、四鰭的版本，在最新的設(shè)計(jì)版本中，研究人員將聚合物元素和開關(guān)連接起來，從而使四槳機(jī)器人向前推進(jìn)，放下一個(gè)小的有效載荷，然后向后劃槳。
通過對(duì)“肌肉“進(jìn)行一些改動(dòng)，這條小魚掌握了更多的技能，比如拐彎~
拐彎其實(shí)需要各個(gè)魚鰭做出不同的活動(dòng)，也就是需要它們連接到各不相同的“肌肉”。研究人員發(fā)現(xiàn)，不同粗細(xì)的“肌肉”受熱到伸展所需的時(shí)間不同，“肌肉”越粗，伸展得越慢。把不同粗細(xì)的聚合物條組合到一起，就可以控制機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)方式！
下圖是這條小魚的美顏照片~
如果你覺得它更像一條小船，可以理解為這種聚合物用于激活小船中的開關(guān)，它相應(yīng)地粘貼于船槳，船槳使機(jī)器人像小船一樣向前劃動(dòng)~下圖是這種新型推進(jìn)系統(tǒng)依賴于的柔性聚合物條帶。
開關(guān)由雙穩(wěn)態(tài)元素制成，這是一種具有兩種不同的穩(wěn)定幾何形狀的成分。它由彈性材料條帶構(gòu)成。當(dāng)受到聚合物推動(dòng)時(shí)，會(huì)從一個(gè)位置迅速切換到另一個(gè)位置。
除了劃行，它還能空投~在未來，研究人員還將增加更多的功能與響應(yīng)性，例如采用對(duì)于pH 值或鹽分等其他環(huán)境因素作出響應(yīng)的聚合物。未來版本的機(jī)器人還將容納化學(xué)滴漏物，或者在更小區(qū)域遞送和釋放藥物。
論文共同第一作者、加州理工學(xué)院博士后訪問學(xué)者 Osama R. Bilal 表示：“通過讓簡單的運(yùn)動(dòng)結(jié)合到一起，我們能將程序嵌入到材料中，展開一系列復(fù)雜動(dòng)作?！?/span>
據(jù)悉，這項(xiàng)研究是基于加州理工學(xué)院航空航天教授Daraio和Dennis Kochmann的前期工作。他們使用雙穩(wěn)態(tài)元件鏈來傳輸信號(hào)并建立類似計(jì)算機(jī)的邏輯門。
目前，當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)元素切換并釋放能量時(shí)，必須經(jīng)過手動(dòng)重置使其再次工作。接下來，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃拓展和重新設(shè)計(jì)雙穩(wěn)態(tài)元素的方法，當(dāng)溫度再次變化時(shí)，使得機(jī)器人可以自動(dòng)重置。這樣一來，只要水溫保持變化，它們就有望實(shí)現(xiàn)無限期地游動(dòng)！
下面的視頻，完整地展示這個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)~
?
聯(lián)系客服
