普林斯顿大学和北卡罗莱纳州立大学的工程师们将古老的折纸和现代材料科学结合起来，创造了一个柔软的机器人，可以轻松地在迷宫中弯曲和扭转。
软机器人的引导可能具有挑战性，因为转向设备通常会增加机器人的刚性并降低其灵活性。普林斯顿大学的博士后研究员赵拓说，新的设计通过将转向系统直接安装到机器人体内，克服了这些问题。
在5月6日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇题为《具有可重新编程电热驱动的模块化多自由度软折纸机器人》的文章中，研究人员描述了他们是如何用模块化的圆柱形部分创造出机器人的。这些部分可以独立操作，也可以连接成一个更长的单元，它们都有助于机器人的移动和转向能力。新系统允许灵活的机器人向前和反向爬行，拾取货物并组装成更长的队形。
作者在文章中写道:“模块化软机器人的概念可以为未来能够生长、修复和开发新功能的软机器人提供洞察力。”
赵说，机器人在移动中组装和分裂的能力使该系统可以作为单个机器人或群体工作。
“每个部分都可以是一个独立的单元，它们可以相互通信，并根据命令组装，”他说。“它们很容易分离，我们用磁铁把它们连接起来。”
Zhao在土木与环境工程系和普林斯顿材料研究所的Glaucio Paulino实验室工作。保利诺是玛格丽塔·英格曼·奥古斯丁工程学教授，他创建了一个研究机构，将折纸应用于从医疗设备到航空航天和建筑等广泛的工程应用。
保利诺说:“我们创造了一种生物启发的即插即用软模块化折纸机器人，它由电热驱动，具有高度可弯曲和适应性强的加热器。”“这是一项非常有前途的技术，有可能转化为可以根据需求生长、愈合和适应的机器人。”
在这种情况下，研究人员开始用具有折纸形式的圆柱形部分构建机器人，称为克雷斯林模式。这种模式允许每个部分扭曲成一个扁平的圆盘，并扩展回一个圆柱体。这种扭曲、扩张的运动是机器人爬行和改变方向的基础。通过部分折叠圆柱体的一部分，研究人员可以在机器人部分中引入横向弯曲。通过组合小弯，机器人在前进的过程中改变方向。
这项工作中最具挑战性的方面之一是开发一种机制来控制用于驱动和引导机器人的弯曲和折叠运动。北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了这个解决方案。他们使用了两种材料(液晶弹性体和聚酰亚胺)，这两种材料在加热时收缩或膨胀的方式不同，并将它们沿着克雷斯林图案的折痕组合成细条。
研究人员还在每个折叠处安装了一个由银纳米线网络制成的薄可拉伸加热器。纳米线加热器上的电流加热控制条，两种材料的不同膨胀导致控制条产生褶皱。通过校准电流和控制条中使用的材料，研究人员可以精确地控制折叠和弯曲，以驱动机器人的运动和转向。
“银纳米线是制造可拉伸导体的优良材料。可拉伸导体是包括可拉伸加热器在内的各种可拉伸电子设备的组成部分。在这里，我们使用可拉伸加热器作为弯曲和折叠运动的驱动机制，”北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系的安德鲁·a·亚当斯杰出教授、主要研究人员之一朱永说。
朱实验室的博士后研究员吴爽说，该实验室之前的工作使用了可拉伸加热器来连续弯曲双层结构。“在这项工作中，我们实现了局部的、锋利的折叠来驱动折纸图案。这种有效的驱动方法通常可以应用于软机器人的折纸结构(带有折痕)。”
研究人员表示，目前版本的机器人速度有限，他们正在努力提高下一代机器人的运动能力。
赵说，研究人员还计划对不同的形状、图案和不稳定性进行实验，以提高速度和转向性能。
更多信息:朱勇等，模块化多自由度柔性折纸机器人与可编程电热驱动，美国国家科学院院刊(2024)。DOI: 10.1073 / pnas.2322625121。doi.org/10.1073/pnas.2322625121期刊信息:普林斯顿大学提供的美国国家科学院院刊引文:工程师们创造了一个毛毛虫形状的机器人，它可以分成几段，重新组装，拖动和爬行(2024,5月6日)检索自2024年5月6日https://techxplore.com/news/2024-05-caterpillar-robot-segments-reassembles-hauls.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
