一般來(lái)說(shuō)，機(jī)器人的行動(dòng)與工作往往需要依賴馬達(dá)、伺服或者電源。但是，也有些機(jī)器人可以擺脫這些復(fù)雜的設(shè)備，靠“自己的力量”行動(dòng)。

例如，筆者之前介紹過(guò)波蘭華沙大學(xué)物理學(xué)院的科研人員采用液晶彈性體技術(shù)開(kāi)發(fā)出柔性毛蟲(chóng)機(jī)器人，它的身體由光敏彈性體和分子排列而成的條紋構(gòu)成。

液晶彈性體，是一種能在可見(jiàn)光照射下，產(chǎn)生巨大形變的智能物質(zhì)。光致變形，可讓機(jī)器人開(kāi)展一系列復(fù)雜動(dòng)作。例如，機(jī)器人將可以爬上斜坡，緊縮身體穿過(guò)狹縫，以及推動(dòng)十倍于自身重量的對(duì)象。

華沙大學(xué)開(kāi)發(fā)的機(jī)器人所響應(yīng)的環(huán)境因素是光線，然而今天為大家介紹一款響應(yīng)溫度變化的自力推進(jìn)機(jī)器人。

近期，美國(guó)加州理工學(xué)院與瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開(kāi)發(fā)出一種能靠自力推進(jìn)的機(jī)器人，它無(wú)需使用任何馬達(dá)、伺服或者電源。取而代之的是，構(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，從而使得機(jī)器人首次實(shí)現(xiàn)自動(dòng)劃水。

一篇揭示此類機(jī)器人的相關(guān)論文發(fā)表于5月15日的《Proceedings of the National Academy of Sciences》雜志。

這種新型推進(jìn)系統(tǒng)依賴于柔性聚合物條帶，它受冷時(shí)會(huì)卷縮，受熱時(shí)會(huì)伸展。聚合物用于激活機(jī)器人體內(nèi)的開(kāi)關(guān)，它相應(yīng)地粘貼于船槳，船槳使它像小船一樣向前劃動(dòng)。

開(kāi)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。在這個(gè)案例中，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。

當(dāng)冷的機(jī)器人放置在熱水中時(shí)，聚合物會(huì)伸展開(kāi)來(lái)，激活開(kāi)關(guān)，從而突然釋放大量能量推進(jìn)機(jī)器人前進(jìn)。聚合物條帶也可以通過(guò)“調(diào)整”，每次作出不同的響應(yīng)。也就是說(shuō)，相比于較薄的條帶，較厚的聚合物條帶將需要更長(zhǎng)時(shí)間加熱，舒展，并最終激活機(jī)器人的槳。這種可調(diào)諧性使得團(tuán)隊(duì)可以設(shè)計(jì)出以不同速度轉(zhuǎn)向和移動(dòng)的機(jī)器人。

這項(xiàng)研究建立在加州理工學(xué)院應(yīng)用科學(xué)與工程系機(jī)械工程與應(yīng)用物理教授、論文通信作者Daraio和加州理工學(xué)院航空航天學(xué)教授Dennis Kochmann之前的研究基礎(chǔ)上。他們采用雙穩(wěn)態(tài)元素鏈傳輸信號(hào)，構(gòu)建類似計(jì)算機(jī)的邏輯門。

在最新的迭代設(shè)計(jì)中，Daraio團(tuán)隊(duì)與合作者們能連接聚合物元素，并以一種特殊的切換方式讓四槳機(jī)器人依靠自力推進(jìn)，向前行駛，卸下小型裝載物（這個(gè)案例中，是刻有加州理工學(xué)院印章的標(biāo)記物），然后在向后滑動(dòng)行駛。

這項(xiàng)研究模糊了材料與機(jī)器人之間的界限。在自力推進(jìn)的設(shè)備中，材料自身就可以使得機(jī)器工作。

Daraio表示：“我們的案例展示了，我們可以采用響應(yīng)環(huán)境因素而產(chǎn)生形變的結(jié)構(gòu)化材料，控制并推進(jìn)機(jī)器人?！?/p>

論文共同第一作者、加州理工學(xué)院博士后訪問(wèn)學(xué)者Osama R.Bilal表示：“通過(guò)讓簡(jiǎn)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(kāi)一系列復(fù)雜動(dòng)作。”

未來(lái)，研究人員還將增加更多的功能與響應(yīng)，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。研究人員稱，未來(lái)版本的機(jī)器人將容納化學(xué)滴漏物，或者在更小區(qū)域釋放藥物。

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(guò)手動(dòng)重置從而再次工作。下一步，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃拓展重新設(shè)計(jì)雙穩(wěn)態(tài)元素的方法，當(dāng)溫度再次變化時(shí)，使得它們可以自動(dòng)重置。這樣一來(lái)，只要水溫保持變化，它們就有望能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)限期地游動(dòng)。