科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然
美國(guó)普林斯頓大學(xué)和北卡羅來(lái)納州立大學(xué)工程師，將古代折紙技術(shù)和現(xiàn)代材料科學(xué)結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出一種軟體機(jī)器人，可輕松穿過(guò)迷宮。發(fā)表在最新一期《美國(guó)國(guó)家科學(xué)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(chuàng)建機(jī)器人的過(guò)程。
軟體機(jī)器人的轉(zhuǎn)向一直具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)向設(shè)備會(huì)增加機(jī)器人的剛性并降低其靈活性。此次新設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接內(nèi)置于機(jī)器人體內(nèi)，克服了這些問(wèn)題。模塊化軟體機(jī)器人的概念還讓人們進(jìn)一步了解未來(lái)可生長(zhǎng)、可修復(fù)和可開(kāi)發(fā)新功能的機(jī)器人。
新創(chuàng)建的機(jī)器人具有在移動(dòng)過(guò)程中組裝和拆分的能力，這使其既能夠作為單個(gè)機(jī)器人，也能作為群體工作。它每個(gè)部分都是一個(gè)獨(dú)立單元，可相互通信并根據(jù)命令進(jìn)行組裝，也可輕松分離，再使用磁鐵連接起來(lái)。
研究人員用被稱(chēng)為克雷斯林圖案的折紙形式的圓柱形部分，建造出這種機(jī)器人。該圖案允許每個(gè)片段扭曲成扁平的圓盤(pán)并擴(kuò)展回圓柱體。這種扭轉(zhuǎn)、伸展運(yùn)動(dòng)是機(jī)器人具有爬行和改變方向能力的基礎(chǔ)。通過(guò)折疊圓柱體的一部分，機(jī)器人還能在前進(jìn)時(shí)改變方向。
這項(xiàng)工作最具挑戰(zhàn)性之處，是要開(kāi)發(fā)出一種機(jī)制來(lái)驅(qū)動(dòng)和操縱機(jī)器人的彎曲和折疊運(yùn)動(dòng)。研究人員使用了兩種在加熱時(shí)有不同反應(yīng)的材料：液晶彈性體（加熱時(shí)收縮）和聚酰亞胺（加熱時(shí)膨脹），并將它們沿著克雷斯林圖案的折痕組合成細(xì)條。每個(gè)折疊處安裝了一個(gè)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(shù)而發(fā)生形變，進(jìn)而引發(fā)折疊。通過(guò)調(diào)整電流和控制條，研究人員可精確控制折疊和彎曲，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人精準(zhǔn)移動(dòng)和轉(zhuǎn)向。
