比卫生纸还软的机器人,有什么用?

2016年9月30日     来源:中国科学馆      编辑:zhoujiale      繁体
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说到软体机器人,很多科学家都在长期致力于相关研究。那么,和我们通常见到的刚性机器人相比,软体机器人哪些特性和功能吸引了大家的注意力呢?真的可堪大用吗?

  近日,美国科学家研制出一款“章鱼机器人(Octobot)”让人惊叹不已,这是第一款全部由柔性零件组成的全自动、自带燃料、“自给自足”的软体机器人。
  
  其实,说到软体机器人,很多科学家都在长期致力于相关研究。那么,和我们通常见到的刚性机器人相比,软体机器人哪些特性和功能吸引了大家的注意力呢?真的可堪大用吗?
  
  通俗点讲,软体机器人就是一种柔性机器人,它的模型大多来自于自然界的软体生物,如机器蛇、海洋水生动物机器人等。比如,Octobot的外表就酷似章鱼。
  
  全自动软体机器人Octobot
  
  Octobot由硅橡胶制成,其控制系统是一款柔性微流体芯片,内部的阀门和开关由压力激活,引导液态燃料流过“身体”,从而控制8只“爪子”的动作。因为软体机器人的结构和材料是非线性的,且拥有多自由度,这导致了机器人的动作任务比刚性机器人更加复杂,这对算法和控制系统的要求非常高。

 

  软体机器人的材料主要是柔性的材料,而不是传统的刚性连接器和外壳,最简单的方法就是用3D打印的方式来制作。Octobot的身体便是3D打印而成,研究人员将硅橡胶倾倒入一个章鱼形状的模具中,接着用3D打印机朝其中注入特殊墨水,随后通过加热来矫正其结构,并使墨水蒸发。在机器人的爪子内部留下一个中空的网络并同大脑相连,机器人的“大脑”通过这个中空管道同爪子“交谈”。
  
  软体机器人并不需要用传统的马达等动力装置驱动,目前研究机构主要有两个方向:第一个方法是模仿人或者动物的肌肉来做动作,第二种就是利用环境的变化来获取动力,如温度、空气以及光照等方式。
  
  日前,来自波兰华沙大学物理学院的研究人员就成功研发一款由液晶弹性体(LCEs)制成的软体机器人,LCEs暴露在可见光下时会发生形状的改变。如果感受到外界的光源,其形状就会发生改变,变成履带一样,有了光的照射其身体也会相应的收缩进而推动身体进行移动。
  
  然而,Octobot更加独特,其使用浓度为50%的过氧化氢溶液作为燃料并利用化学反应来供电。其内部充满了这种溶液,同时,其内部注入了充当催化剂铂,为了达到更好的催化效果,实际采用的是铂金属粉末。当溶液遇到铂,它很快会分解成体积更大的水和氧气。随着氧气增多,其身体内的压力加大,就会打开一些微阀门而关闭另一些微阀门,使燃料每次只流向系统的一边,让这边的四条“爪子”充满氧气,从而驱动其“爪子”向前伸展。随着这边的燃料不断消耗,内部压力下降,使燃料进入另一边,这边关闭,整个“爪子”便再次向前伸展。
  
  软体机器人能完成各种特殊的任务,例如爬陡坡、钻进极其狭小的空间,最不可思议的是,虽然体型不大,但它能四两拨千斤移动比它个头大10倍的物体,如果在这种机器人身上安装一个摄像机或者麦克风,甚至还可以应用于间谍活动。
  
  软体机器人相比刚性机器人有很多优势,它可以更好适应各种环境,受到外界冲击后也不会产生大的伤害,在空间狭小、非结构下的环境下都可以完成复杂的任务,例如医疗、军事及探测领域。另外,其材料可以用3D打印等方式来生产,成本也比刚性机器人要低得多。软体机器人比刚性机器人拥有更强的计算能力,其重要性不亚于液态金属机器人。

 

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