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科学家研发出温控机器人形状的系统,为软机器人的发展铺平道路

作者: Jansfer,学术杰

时间: 2019-08-22 14:49

现在大多数的软机器人在进行硬件组装或者与外在系统连接时需要依靠外界的电源和控制。近日,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)和加州理工学院的研究人员在折纸的启发下研发了一种可以根据外部刺激进行移动和发生形变的软机器人系统

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图片来源:seas.harvard.edu

现在大多数的软机器人在进行硬件组装或者与外在系统连接时需要依靠外界的电源和控制。近日,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)和加州理工学院的研究人员在折纸的启发下研发了一种可以根据外部刺激进行移动和发生形变的软机器人系统,这为全自动化软机器人的发展铺平了道路。这项研究发表在Science Robotics杂志上。

纸张可以被折叠成不同的形状,研究人员根据该现象研发了一种多功能的软机器人。这种软机器人的每个折叠单元都被编程,因此可以在连续的折叠中实现多种形状和功能的切换。研究团队使用的是被称为液晶弹性体的材料,当这种材料暴露在高温环境时,其形状会发生改变,3D打印的活动铰链可在不同温度下进行折叠,因此可编程按特定顺序折叠。通这种方法,研究人员可以对温度响应、铰链所能产生的扭矩、铰链的弯曲角度和折叠方向进行充分的编程。这种方法有助于将这些活性成分与其他材料整合在一起。

加州理工学院(Caltech)研究生、论文第一作者之一康纳·麦克马汉(Connor McMahan)说,使用铰链可以更容易地编程机器人的功能和控制机器人的形状。只要编写程序使软机器人某一区域对温度的变化做出反应,就可以轻松地使机器人实现变形。

为了演示这种方法,麦克马汉和团队构建了几个包括名为“Rollbot”的无绳软机器人。Rollbot一开始是一个平板,其长度大约8厘米,宽度约为4厘米。当机器人被放置在200°C左右的高温表面时,一组铰链发生折叠,机器人卷曲成一个五边形的轮子。另一组铰链嵌在车轮的五个侧面。当铰链在与热表面接触时发生折叠,推动车轮转向下一侧,使轮转向下一个铰链转动。当它们从热表面滚落时,铰链展开并为下一个循环做准备。

示例1:

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示例2:

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科蒂基安(Kotikian)表示,这些不受约束的结构可以被有效地控制。换句话说,研究人员所需要做的就是将这些结构暴露在特定的温度环境中,使它们根据对铰链的编程做出相应的反应。值得注意的是,虽然本研究只关注了温度响应,液晶弹性体也可以通过对光、pH值、湿度和其他外部刺激进行编程从而做出响应。

加州理工学院机械工程和应用物理学教授、该研究的共同主要作者Chiara Daraio说,这项工作展示了建筑复合材料中的聚合物在不同的刺激下是如何进行变形的。将来,材料和机器人之间的界限将会逐渐模糊化,这些材料可以被编程以执行更复杂的任务。

这项研究由Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad和Robert D. Weeks共同撰写。该项目由陆军研究办公室、哈佛材料研究科学与工程中心、美国国家科学基金会和美国宇航局空间技术研究奖学金资助。

参考:

sciencedaily

seas.harvard.edu

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