受热就能运动?哈佛&加州理工新研究登上Nature子刊

是的没错,虽然不插电,但不耽误它是一台机器人。只要受热,它就能弯折,实现变身和运动。

作者 / 郭一璞 出品 / 公众号“量子位”(ID:QbitAI)

一张白色半透明小卡片,放在200摄氏度的热表面上,就立马卷起来了。

不仅能卷起来,还能一步一步往前跑,每次一个新的面跟热表面接触,就能推动它转向下一个面,研究者们给它取名叫Rollbot

换个造型,扔进热水里,就能迅速的折叠起来。

从侧面来看,这个叠法简直就像一只青蛙。

如果仔细来看,你会发现小卡片不同的“关节”并不是同步变弯的,有的先行,有的后动,折成一个回形针的样子。

要是从热水里拿出来,温度降下来,它还能再把自己展开铺平。

其实,这是哈佛大学和加州理工共同研发的软体机器人,是的没错,虽然不插电,但不耽误它是一台机器人。只要受热,它就能弯折,实现变身和运动。

由于能在不同环境中灵活“变身”,而且材料结构可调节,设定弯折的环境与角度,将来这种软体机器人可以为医疗和工业领域中的被动控制奠定基础。

你一热,它就弯

好好地机器人,为什么会变弯?

这源于一种特殊的铰链结构。

这些铰链结构是3D打印出来的,由LCE(液晶弹性体)构成。

LCE在一定温度上会变弯,在这个温度之下会伸直,两种状态之间有一个转变温度

研究者们用到了两种LCE材料,由于骨架柔韧性和交联化学性质的差异,两种LCE材料的转变温度不同,一种的转变温度是24摄氏度,另一种的转变温度是96摄氏度。

两种材料的化学式不同,下图蓝色框内的是转变温度为24摄氏度的LCE材料,橙色框内是转变温度为96摄氏度的LCE材料。

之后需要进行3D打印,由于双层打印横纵排列不同,打印出来的铰链结构会在变温时按照Mountain(山形)和Valley(谷形)结构,分别朝两边弯折。

这样,出来的成品就可以被控制折叠方向,有的棱朝外侧折叠,有的棱朝内侧折叠,全自动变身,无需人工干预。

另外,折叠的角度也是可以控制的,虽然可以达到180度的折叠,不过具体角度和铰链的材料与尺寸息息相关。

弯折方式随心所欲

因此,使用这种铰链,你就可以提前预设这块小卡片应该朝哪里弯折、在多高温度时候弯折、弯折的角度是多少,这样就可以根据具体的应用场景和环境,设计出合适的软体机器人。

比如,这样的软体机器人结构,总共50个教练,每个都是6毫米宽,0.5毫米厚,可以折叠到180度。

在室温下,它的造型是这样的,两个连接的方块都是展开的:

加热到95度,上面的方块就把自己压扁了:

加热到155度,下面的方块也扁了:

但是如果恢复到室温,两个方块就会都重新展开。

哈佛&加州理工出品

这项研究有两位共同一作。

一位是Arda Kotikian,她之前本科学的就是化学和数学,现在是哈佛John A. Paulson工程与应用数学学院的研究生,一直在研究用LCE材料开发软体机器人。

另一位是Connor McMahan,加州理工学院机械和土木工程博士在读,一直在研究预测形状变化结构。另外,他还是一名NASA Fellow。

传送门:

Untethered soft robotic matter with passive control of shape morphing and propulsion
https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7044

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