软体机器人简介。
波士顿大学的化学家陈新是研究小组的成员之一。他在2012年2月9日发表的《高级功能材料》中描述,如果你想穿越弯曲的管道或砾石,以及其他难以到达的粗糙不平的表面,你将需要柔软的机器人。这种机器人可以完成很多传统机械机器人无法完成的功能,达到一些特殊的环境。
传统主流机器人由金属等硬质材料制成,装载并连接电子仪器和元件。他们可以制造汽车,搬运重物和装置,甚至拆除炸弹。然而,在一些特殊的环境中,机器人的柔性结构非常重要。软机器人是由Whitesides团队发明的软光刻技术制成的。其制作过程是:在电子元件的帮助下,用光照射模具表面,使覆盖在图案上的一层高分子薄膜暴露出来,从而溶解掉没有图案的区域。怀特塞德斯说:“这是一项非常成功的技术。它的分辨率很高,体积也相当小,但在量产前价格昂贵。”
软光刻技术基于软聚合物模具,这是一种相对简单的制造工艺。怀特塞德斯说:“我们可以使用平面进行投影或输出,也可以密封凹面形成通道。”在微流体技术的帮助下,Whitesides团队的设计理念从注入空气到产生运动都得到了改进:“考虑到通道和气泵的结构,这意味着它的弯曲可以成为软机器人的一个特征。”工程师们现在考虑从自然的角度设计机器人,比如根据昆虫、鸟类、蛇、鱼甚至狗的特征来设计机器人模型。科学家们成功开发了一种空气动力学橡胶机器人,当遇到障碍时,它可以像蛇一样弯曲和波动。
从软机器人的四肢、躯干和内部图案来看,它看起来有点像简化的雪花,其中央“椎管”连接任何通道(分支);机器人有两层聚合物,一层是粗放的,一层是坚不可摧的。当空气注入四肢时,弹性空腔会像气球一样膨胀,但空腔材料不会伸展,四肢会蜷曲起来。弯曲时,借助肢体与周围摩擦产生的侧向推力,整个身体可以不断向前运动(机器人可以在肢体的驱动下爬行)。
怀特塞德斯说:“这不是一个煞费苦心的概念,但实现这种运动是非常不寻常的。在这些看似简单的(肢体)驱动下,你会看到非常有趣的运动。”他指出,虽然这个机器人的动作和结构确实像海星一样的软体动物,但它的目的是模仿它的功能,而不是它的机制。这种新型柔性机器人可以采用合成纸材料、纤维织物和金属线增强结构,并具有硅胶形状。在它们成型后,机器人与复杂的压缩气体源连接,例如空气喷射泵。