軟機(jī)器人可跳“霹靂舞”來釋放顆粒物

據(jù)最新一期《科學(xué)機(jī)器人》報(bào)道，美國西北大學(xué)的研究人員開發(fā)出首個(gè)類似于生命的材料，可以充當(dāng)軟機(jī)器人。它能以人類的速度行走，撿起物體并將其運(yùn)輸?shù)叫碌奈恢茫踔吝€可以跳“霹靂舞”來釋放顆粒物。

該機(jī)器人類似于四足章魚，在充滿水的水箱內(nèi)運(yùn)行，非常適合在水生環(huán)境中使用。這個(gè)厘米大小的機(jī)器人按重量計(jì)有將近90%的水，無需復(fù)雜的硬件、液壓或電力裝置即可移動(dòng)。機(jī)器人由光激活并沿外部旋轉(zhuǎn)磁場的方向行進(jìn)。機(jī)器人能以人類的速度(大約每秒一步)行走，并對(duì)磁場進(jìn)行響應(yīng)，從而使這些材料能遵循特定的軌跡。

傳統(tǒng)機(jī)器人通常具有大量硬件和電子設(shè)備，無法與包括人類在內(nèi)的軟結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全交互。新研究設(shè)計(jì)了具有分子智能的軟材料，使其能夠像其他傳統(tǒng)機(jī)器人一樣工作，并在水下或地下的狹小空間中發(fā)揮特殊作用。

通過耦合對(duì)光和磁場的響應(yīng)，研究人員設(shè)計(jì)的機(jī)器人還可以拾取“貨物”，并通過步行或滾動(dòng)將其運(yùn)送到目的地。機(jī)器人通過顛倒其形狀或執(zhí)行旋轉(zhuǎn)的“霹靂舞”來移動(dòng)，將貨物放置在新位置。

機(jī)器人精確運(yùn)動(dòng)和敏捷性的秘訣在于其充滿水的結(jié)構(gòu)以及嵌入式骨架。柔軟的組件是一種分子設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)，其各個(gè)部分可使其對(duì)光作出反應(yīng)，在其內(nèi)部保持或排出水，并具有適當(dāng)?shù)膭偠纫钥焖夙憫?yīng)磁場。

西北大學(xué)研究小組使用化學(xué)合成方法對(duì)水凝膠中的分子進(jìn)行編程，以對(duì)光作出反應(yīng)。當(dāng)暴露在光線下時(shí)，機(jī)器人的分子變成疏水性，導(dǎo)致水分子逸出。通過這種轉(zhuǎn)換，機(jī)器人可以完成從彎曲到站起來活動(dòng)等動(dòng)作。研究發(fā)現(xiàn)，這種彎曲使材料能夠快速響應(yīng)旋轉(zhuǎn)的磁場，從而激活其快速行走的能力。當(dāng)燈熄滅時(shí)，分子會(huì)恢復(fù)為原始狀態(tài)，并且機(jī)器人會(huì)變平，但是當(dāng)LED提示時(shí)，它隨時(shí)準(zhǔn)備在磁場下進(jìn)行新的活動(dòng)周期。

當(dāng)暴露于旋轉(zhuǎn)磁場時(shí)，彎曲機(jī)器人中的嵌入式骨架會(huì)在軟分子網(wǎng)絡(luò)上施加循環(huán)力并激活腿部。通過將步行和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)結(jié)合在一起，研究人員對(duì)特定的磁場序列進(jìn)行編程，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作。這種可編程功能使研究人員能夠通過復(fù)雜的路線引導(dǎo)機(jī)器人穿過狹窄的通道。

研究人員表示，編制微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)可幫助催化不同的化學(xué)反應(yīng)，然后產(chǎn)生有價(jià)值的產(chǎn)品。機(jī)器人還可進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，以識(shí)別并主動(dòng)去除特定環(huán)境中不需要的顆粒，或者利用其機(jī)械運(yùn)動(dòng)將生物治療劑或細(xì)胞精確地遞送至特定組織。

(記者馮衛(wèi)東)