軟體機器人能輕松爬過環路和彎道

軟體機器人由多個部分組成，這些部分可折疊成扁平圓盤并延伸成圓柱體。
圖片來源：普林斯頓大學

科技日報北京5月15日電 （記者張夢然）美國普林斯頓大學和北卡羅來納州立大學工程師，將古代折紙技術和現代材料科學結合起來，創造出一種軟體機器人，可輕松穿過迷宮。發表在最新一期《美國國家科學院院刊》雜志上的文章中，研究人員描述了他們用模塊化的圓柱形部件創建機器人的過程。

軟體機器人的轉向一直具有挑戰性，因為傳統的轉向設備會增加機器人的剛性并降低其靈活性。此次新設計將轉向系統直接內置于機器人體內，克服了這些問題。模塊化軟體機器人的概念還讓人們進一步了解未來可生長、可修復和可開發新功能的機器人。

新創建的機器人具有在移動過程中組裝和拆分的能力，這使其既能夠作為單個機器人，也能組合成群體工作。它每個部分都是一個獨立單元，可相互通信并根據命令進行組裝，也可輕松分離，再使用磁鐵連接起來。

研究人員用被稱為克雷斯林圖案的折紙形式的圓柱形部分，建造出這種機器人。該圖案允許每個片段扭曲成扁平的圓盤并擴展回圓柱體。這種扭轉、伸展運動是機器人具有爬行和改變方向能力的基礎。通過折疊圓柱體的一部分，機器人還能在前進時改變方向。

這項工作最具挑戰性之處，是要開發出一種機制來驅動和操縱機器人的彎曲和折疊運動。研究人員使用了兩種在加熱時有不同反應的材料：液晶彈性體（加熱時收縮）和聚酰亞胺（加熱時膨脹），并將它們沿著克雷斯林圖案的折痕組合成細條。每個折疊處安裝了一個由銀納米線制成的可拉伸加熱器。納米線加熱器上的電流加熱控制條，使得兩種材料因不同的熱膨脹系數而發生形變，進而引發折疊。通過調整電流和控制條，研究人員可精確控制折疊和彎曲，驅動機器人精準移動和轉向。