而這些機(jī)器人完全由水凝膠制成。
水凝膠是一種堅(jiān)固的而近乎透明的橡膠狀材料，主要由水組成。每個機(jī)器人都是一個中空的、精確設(shè)計(jì)的水凝膠結(jié)構(gòu)的組合，同時它連接到橡膠管。當(dāng)研究人員將水注入水凝膠機(jī)器人時，這個結(jié)構(gòu)就會迅速膨脹，使機(jī)器人能夠卷曲或拉伸。
該團(tuán)隊(duì)開發(fā)并設(shè)計(jì)了好幾鐘水凝膠機(jī)器人，包括一個可以來回?cái)[動的魚鰭狀機(jī)器人，一個可以作出“踢”的動作的機(jī)器人，以及一個柔軟的、可以進(jìn)行“捏緊”和“放松”動作的手形機(jī)器人 。
像爪子一樣的機(jī)器人可以抓活魚
由于這些機(jī)器人都是由水驅(qū)動、并且?guī)缀跬耆伤畼?gòu)成，因此它們具有與水類似的視覺和聲學(xué)特性。研究人員認(rèn)為，如果將這些機(jī)器人用于水下環(huán)境，它們幾乎就像透明的一樣。
這支開發(fā)團(tuán)隊(duì)由兩位亞洲學(xué)者——麻省理工學(xué)院機(jī)械工程與環(huán)境工程副教授趙選賀和韓國研究生玉云吳（音譯）領(lǐng)導(dǎo)，目前該團(tuán)隊(duì)正在試圖將水凝膠機(jī)器人應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。
根據(jù)MIT News報(bào)導(dǎo)，趙選賀教授說：
“水凝膠柔軟、濕潤、與生物兼容，可與人體器官形成更友好的接觸界面。我們正在積極地與醫(yī)療團(tuán)體合作，將該系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為軟手術(shù)器械，如‘水凝膠手’。在進(jìn)行外科手術(shù)時，它將可能對組織和器官進(jìn)行更溫和的操作。”
柔性機(jī)器人
在過去五年中，這支研究隊(duì)伍一直在開發(fā)水凝膠，嘗試將高分子材料和水混合起來，并使用他們發(fā)明的技術(shù)制造堅(jiān)韌但高度可拉伸的材料。
他們還開發(fā)了一種技術(shù)，將這些水凝膠粘合到各種材料的表面，如玻璃、金屬、陶瓷和橡膠，使得水凝膠具備極強(qiáng)的抗剝離的粘合性。
該團(tuán)隊(duì)認(rèn)識到，這種耐用、靈活、強(qiáng)力粘合的水凝膠可能是用于軟體機(jī)器人的理想材料。
雖然之前許多研究團(tuán)隊(duì)也設(shè)計(jì)過橡膠、硅膠材料的軟體機(jī)器人。但是趙教授指出，這些材料并不像水凝膠那樣具有生物相容性。
水凝膠主要由水組成，他們在生物醫(yī)學(xué)環(huán)境中使用自然更安全。盡管其他人試圖用水凝膠制造軟體機(jī)器人，但是他們的設(shè)計(jì)方案制造出來的卻是易脆的、相對不靈活的材料，這些材料在重復(fù)使用后就會破裂。
相比之下，趙教授的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)自己的研究方案和成果可以很好地適用于軟體機(jī)器人。玉云吳認(rèn)為：
“我們最初沒有想到軟機(jī)器人項(xiàng)目，但我們意識到，也許我們的專業(yè)知識和技能可以將這些‘果凍’變成強(qiáng)大的執(zhí)行器和機(jī)器人結(jié)構(gòu)。”
為了將其水凝膠材料應(yīng)用于軟機(jī)器人，研究人員首先考察了動物世界。他們主要觀察了小頭虱和玻璃鰻魚，后者是微小、透明、水凝膠狀的鰻魚幼體，在海洋中孵化，最終遷移到自然的河流棲息地。
“這是一段非常漫長的旅行，過程中沒有可以進(jìn)行保護(hù)的手段。它們似乎試圖通過變成透明的形式來進(jìn)行有效的偽裝。我們希望達(dá)到這樣類似的透明度、力度和速度。”
柔性機(jī)器人的形體很豐富，這個就很漂亮，而且?guī)缀跏峭耆该鞯?/div>
為了做到這一點(diǎn)，玉云吳和趙選賀使用3D打印和激光切割技術(shù)，將水凝膠打印成機(jī)器人結(jié)構(gòu)和其他中空單元，然后將這些單元與連接到外部泵的小型橡膠管接合。
在使用多種水凝膠機(jī)器人設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些結(jié)構(gòu)被循環(huán)使用最多1000次也不會破裂。他們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把這些機(jī)器人放在水下，以彩色圖案為背景時，它們幾乎完全是不可見的（上圖）。
在項(xiàng)目演示中，該團(tuán)隊(duì)制造了一個手狀的機(jī)器人抓爪，并將水抽入、抽出， 使手可以打開和關(guān)閉。研究人員將這個抓手放入金魚缸中。當(dāng)魚群游過，抓手可以快速地跟上魚群。
“機(jī)器人幾乎是透明的，很難看到。當(dāng)你釋放魚的時候，你會很開心地發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人很軟，所以不會傷害魚。想象一下，一個堅(jiān)硬的機(jī)器手可能會捏碎一條魚。”
接下來，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步確定水凝膠機(jī)器人的具體應(yīng)用，然后根據(jù)特定用途，量身打造制作方案。例如，醫(yī)療應(yīng)用可能不需要完全透明的結(jié)構(gòu)，而其他應(yīng)用可能需要機(jī)器人的某些部分比其他部分更堅(jiān)硬。
“我們想找到一個現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用方案，從而根據(jù)此方案優(yōu)化材料，以創(chuàng)造出一個真正有影響力的東西。”
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