能折叠的软性机器人“Rollbot”，无需外部电源随意改变形状

大数据文摘出品 编译：秦泽宇、刘俊寰AI技术正值蓬勃发展之际，相信大家也听过见过不少AI产品，天上飞的、地上跑的、水里游的，无奇不有，无所不包。但是，利用折纸做出来的软性机器人不知道大家见过没有？最近，有研究团队使用了液态水晶弹性体（liquid crystal elastomers）这种受热会改变形状的材料，通过3D打印技术，制作出了在不同温度下可以折叠的软铰链，发现可以利用铰链编程出特定的折叠顺序。软性机器人"Rollbot"就是这样通过连续折叠，把多个形状和功能译码融合在了单一的形状中。乍一听似乎感觉很奇怪，这到底是材料还是AI？加州理工大学机械工程和应用物理学教授、该研究的主要作者之一Chiara Daraio解释说，“这项研究表明了，在建筑复合材料中，反应性聚合物的组合会如何针对不同刺激产生自驱动材料。在未来，人们可以通过编程材料执行更加复杂的任务，这将模糊材料和机器人之间的界限”。工程与应用科学学院的教授、该项研究的主要作者之一Jennifer A. Lewis补充道，将活性材料集成到3D打印物体上的技术可以让人们可以设计和制造全新的软性机器人物质。利用折纸，制造出多功能软性机器人Arda Kotikian是工程与应用科学学院和艺术科学学院的研究生，也是本次论文的共同第一作者。他说，利用3D打印活动铰链，可以对温度响应、铰链施加的扭矩大小、铰链的弯曲角度和折叠方向进行完全编程，这些制造方法有助于将活动部件与其他材料进行整合。Connor McMahan是加州理工学院的研究生，也是论文的共同第一作者。他说，使用铰链可以更容易地对机器人进行编程，以及控制它改变形状。而且，只需要对机器人的小部分结构进行编程而不用将整个身体变形，否则会难以预测。为了演示上述方法，Kotikian、McMahan和他们的队伍开发了几个软性设备，其中就包括了名叫"Rollbot"的无约束软性机器人，"Rollbot"初始是一张平坦的纸，大约8厘米长，4厘米宽，将其放在大约200度的热表面时，一组铰链会折叠，机器人随即变成五边形的轮子。五个侧面各嵌入有一组铰链，当与热表面接触时，铰链会折叠，这驱使轮子向另一边折叠的铰链方向行进；铰链离开热表面后自然展开，为下一个周期做好准备。不依赖外部电源McMaha说，现有的许多软性机器人还需要一根绳使其与外部动力和控制系统连接，或者受到两者施加的力的大小的限制，而这些活动铰链能让软性机器人在不能使用绳索的环境中工作，并且能够举起比铰链重很多倍的物体。另一个装置，当放置在热的环境中时，可以折叠成一个紧凑的折叠形状，类似于一个回形针，冷却后可以展开。Kotikian说，这些无张力结构可以被控制利用，我们所要做的就是将这些结构放在特定的温度环境中，它们会根据我们对铰链的编程方式作出响应。尽管这项研究只针对温度响应，但是人们也可以对编程液态水晶弹性体施以响应亮度、pH值，湿度等其他外部刺激。本研究由Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad, and Robert D. Weeks合著，通过国家科学基金会和美国航空 航天局空间技术研究奖学金，由陆军研究办公室和哈佛材料研究科学与工程中心共同支持。