活性物新突破!物理学家推动次世代变形机器人新发展

英国巴斯大学(University of Bath)物理学家团队近日在《Science Advances》国际科学期刊上发布一种为软性机器人(Soft Robot)涂上材料,以便让机器人能更有效率地移动与运行的新方法,这无异是一项有可能导致次世代变形机器人出现的新研究。

该研究最引人瞩目的地方,莫过于研究人员在活性物上取得的重大突破,这个突破也将成为未来机器人设计上的关键转折点。一旦这样的设计概念获得进一步的发展,专家们最终可以通过对软性物体表面活动的人为控制(而不是该物体天生的弹性),来决定软性物体的形状、行为与移动。

基本上,大部分软性材料的表面会收缩成球体,就像水滴凝结的过程一样,这是因为液体及软性材料的表面会自然收缩至最小表面积。然而最酷的是,通过设计,活性物能完全不遵照这样的自然特性。借由这样的技术与活性物,专家期待下时代的机器是由许多个别活性单元组合打造而成,这些单元可以协同合作来决定机器的移动与功能运行。这些新时代机器会由中央控制器进行管控,其运行方式就和我们人体组织的功能一样。

彻底颠覆众所熟悉的自然法则

通过前述设计机制,科学家将能打造由柔性材料组成的机器手臂,并且由材料表面的机器人提供动力。另一个可能的突破性进展在于,通过在纳米分子表面涂上一层响应材料(Responsive Material)与活性材料,就能改变药物传送胶囊(Drug Delivery Capsule)的大小与形状。

据该研究团队成员指出,这项新研究最有趣的地方在于,它彻底颠覆了我们看待“众所熟悉自然法则”的方式。换言之,活性物让我们以新的见解来看待众所熟悉的自然法则。总而言之,研究人员将这个研究视为重要且能从中获得许多启发的概念验证,他们并且发展出一套理论与模拟,可以描述一个具备承受主动应力(Active Stress)之表面的3D软性固体。

结果显示,主动应力会使材料表面膨胀,并对下方固体产生牵引力,进而导致整体形状的改变。该固体形状接着会随着材料弹性性质的改变而改变。目前研究团队将会进一步应用这个原理,以设计出更具体的机器人,同时会更深入研究集体行为,以及多个活性固体堆栈在一起时会发生什么。

(首图来源:ScienceAdvances)

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