一种高度不到2厘米的柔软章鱼状机器正在软体机器人领域掀起波澜。今天在《自然》杂志上描述的“章鱼机器人”是首个完全由柔软、柔性部件制成的独立机器人。
近年来，人们对软体机器人的兴趣日益浓厚，工程师们不再只关注刚性的终结者类型的机器，而是转向可以挤入狭小空间、适应周围环境或安全处理精细物体的设计。但是，关键部件的软体化设计一直困扰着研究人员。“大脑、电子设备、电池——这些组件都是硬的，”剑桥市麻省理工学院的机器人专家丹妮拉·鲁斯说。“这项工作是全新的，非常令人兴奋。”
章鱼机器人由硅橡胶制成。它的“大脑”是一个柔性微流体电路，利用压力激活的阀门和开关来控制液体燃料在通道中的流动。“这类似于通常的电路，”马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的工程师罗伯特·伍德说，他是该研究的负责人之一。“我们传递的不是电子，而是液体和气体。”
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机器人大脑中的阀门和开关被定位为以两组交替的方式伸展手臂。该过程从研究人员将燃料注入两个储液罐开始，每个储液罐专用于一组四个手臂。这些储液罐像气球一样膨胀，并将燃料推入微流体电路。当燃料通过电路时，压力的变化会关闭一些控制点并打开另一些控制点，从而限制燃料仅流向系统的一半。当该侧消耗燃料时，其内部压力降低，允许燃料进入另一侧——然后另一侧会挤压第一侧，依此类推。
制造更好的机器人
机器人的大脑通过嵌入在身体中的3D打印通道与肢体对话。为了创建身体，研究人员将硅聚合物倒入章鱼形状的模具中。然后，使用3D打印机，他们注入了特殊的墨水，这些墨水在周围的聚合物中保持其形状和位置。科学家们加热章鱼机器人以固化其结构，这也导致墨水蒸发——留下一个空心网络，该网络渗透到章鱼机器人的肢体中并连接到其大脑。
许多软体机器人都拴在提供动力的压缩空气罐上，但这会限制其运动范围。伍德和他的同事们采取了不同的方法，使用化学反应为章鱼机器人提供动力。
他们的燃料是50%的过氧化氢溶液。当这种溶液暴露于注入机器人内部网络两个部分的铂时，它会迅速分解成更大体积的水和氧气。每个部分产生的加压气体爆发会膨胀并伸出一组手臂，最终通过排气口排出。
意大利比萨圣安娜高级研究学院的机器人专家塞西莉亚·拉斯基说：“微流体与化学反应的结合真的很有趣。“这是一种看待软体机器人的全新且不同的方式。”
章鱼机器人目前在1毫升燃料下可以运行长达8分钟。它并非旨在执行任何特定任务，也不模仿真实章鱼的运动。相反，它展示了这项技术，伍德说。作者建议，未来，更精密的微流体电路可能会提高耐力，并允许与适当的肢体设计相结合时实现更复杂的运动。
纽约州伊萨卡市康奈尔大学的材料工程师罗伯特·谢泼德说：“现在需要解决的问题是如何重新编程机器人以执行不同的动作，响应环境，而不仅仅是执行预先编程的序列。”谢泼德特别希望看到，增强型微流体电路是否可以与柔性传感器结合使用，以制造出更智能的软体机器人，使其能够更好地适应不断变化的环境。
本文经许可转载，并于2016年8月24日首次发布。