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塑料成精!软体机器人能跑跳能游泳,模仿水母毛毛虫

2018-01-25 16:32:18 来源:澎湃新闻 繁体中文 有奖报错 我要发表评论 打印正文 关闭页面

  澎湃新闻记者 虞涵棋

  迷你机器人可以游走于人类周身血管和精密机械内部,在这些人类难以触及的特殊地点大显身手。不过,这些地点复杂多变、障碍重重,非常考验机器人的灵活性。

  德国马普智能系统研究所的一个团队在1月24日的《自然》杂志上报告了一种毫米尺度的磁控软体机器人,能改变自身形态,模拟毛毛虫、尺蠖、水母等多种软体动物的运动模式,堪称“铁人三项”选手。

  从外面上看,该磁控软体机器人像一片普通的黑色塑料,但在磁场控制下,这片塑料就能“成精”,像软体动物一样运动。它能在水下或水面游动、卷成圆圈滚动、跳过障碍物、在细管中爬行,灵活切换运动形式,胜任各种液体或固体地形。此外,机器人还能进行装货、运货和卸货操作。

  由于机器人的运动纯由磁场驱动,可以轻松而无伤地穿透生物组织和合成材料,有望应用于微工程和健康医疗领域,如靶向药物递送或微创手术。

  据论文介绍,这是一段长3.7毫米、宽1.5毫米、厚185微米的长方体机器人,主体材料为硅胶,内嵌具有磁性的钕铁硼微颗粒,颗粒平均直径为5微米。机器人表面防水,可以被处理成生物相容材料。

  机器人事先被设定成单波长谐波磁剖面,可以在随时间变化的磁场控制下改变自身的形态,向不同的方向牵引,尤其产生不同的运动模式,具体视机器人面临的场地而定。

  比如,当完全浸没在水中时,机器人可以在C形和V形间变换,泳姿与水母相似。靠近岸边后,机器人可以保持C形旋转滚离水面。

  滚动也是规则表面上的最快运动方式,毛毛虫就是如此逃离捕食者的。

  当处于不规则地面上时,机器人会模拟尺蠖的步伐,先用前端支地,调整角度后拉动后端前移,再用后端支地,重新舒展前端。

  如果要钻进狭小的管道,机器人会像毛毛虫一样波形振动,爬进去。在水面上游动时,机器人也会采用同样的波动方式。

  最后,如果机器人遇到很高的障碍物,爬行和滚动都很费时,机器人就会像线虫一样形变跳跃。

  为了显示该软体机器人在不规则环境中的工作能力,研究人员让机器人开启多种运动模式探索水陆双栖场景和人类胃部模型,并额外完成了抓取物体、定向转移的任务。

  通过研究此种软体机器人,科学家们也可以对软体动物的运动方式有更多的了解。

  下一步,研究团队将让机器人探索更为复杂的地形,比如非牛顿流体和颗粒状介质。同时,他们计划将机器人进一步缩小到毫米级以下,应用在体内医疗领域。

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