科学家在机器人技术方面取得了突破:一种变形机器人可以在液态和金属状态之间切换,以在不影响强度的情况下应对棘手的环境。
由于它们既可以软也可以硬,这种受海参启发的小型机器人可以克服只有一种或另一种机器人的局限性,因此有可能在电子组装甚至医疗应用等领域提供更大的实用性。
研究人员让机器人穿越障碍路线,移除物体或将物体运送到人类胃的模型中,甚至液化以逃离笼子,然后再变回原来的人形形状。
“让机器人能够在液态和固态之间切换,赋予它们更多的功能,”工程师潘成峰说道中国香港中文大学的学士。
小型机器人有许多潜在用途,它们可以绕过人类无法使用典型工具管理的太小或复杂的地方,从繁琐的修复工作到有针对性的药物输送。但硬质材料并不是在有限空间或狭窄角度中航行的最佳选择,而柔软、更灵活的机器人往往较弱且更难以控制。
为了找到折衷方案,由潘和他的同事、中国中山大学的王清远领导的研究小组将大自然作为灵感的源泉。海参等动物可以改变其组织的硬度,以提高负载能力并限制物理损伤,而章鱼可以改变其手臂的硬度以进行伪装、物体操纵和运动。
为了设计一个可以做类似事情的机器人,研究人员需要一种无毒材料,可以在环境温度下轻松地在软态和刚性态之间转换。他们转向了镓,这是一种软金属,在标准压力下熔点为 29.76 摄氏度(85.57 华氏度),仅比人类平均体温低几度。只需将镓握在手中即可将其熔化。
研究人员将磁性颗粒嵌入镓基体中,创造出他们所谓的“磁活性固液相变机器”。
“这里的磁性粒子有两个作用,”机械工程师卡梅尔·马吉迪说卡内基梅隆大学的教授,该团队论文的资深作者之一。
“其一是它们使材料对交变磁场做出响应,因此您可以通过感应加热材料并引起相变。但磁性颗粒还赋予机器人机动性以及响应磁场而移动的能力。磁场。”
在测试从固体到液体的转变是否可逆(确实如此)后,研究人员对他们的小机器人进行了一系列测试。这些机器人可以跳过小护城河,爬过障碍物,甚至可以分开执行移动物体的合作任务,然后重新组合和重新凝固。
他们甚至还有一个小人形版本——形状像乐高人物——融化以逃离一个小牢房,透过栅栏渗透另一侧则进行了重新设计,以向电影《终结者 2》中的场景致敬。
接下来,团队研究了实际应用。他们创建了一个人类胃的模型,让机器人吞下并取出其中的一个小物体——人们认为这是一种有用的方法,例如提取吞下的电池——然后执行相反的操作,以同样的方式输送一个物体该团队希望它可以运送药物。
对于电路修复,机器人可以导航并熔化到电路上,充当导体和焊料;甚至可以充当紧固件,渗入螺纹螺丝座中并凝固,无需人工将其固定到位即可发挥螺丝的功能。
对于实际应用,相变机器需要进行一些调整。例如,由于人体的熔点高于纯镓的熔点,因此为生物医学目的设计的机器人可以采用镓基合金基体,在保持功能的同时提高熔点。
研究人员表示,这一点还有待详细调查。
“未来的工作应该进一步探索如何在生物医学背景下使用这些机器人,”马吉迪 说。
“我们所展示的只是一次性演示和概念证明,但还需要进行更多研究来深入研究如何将其实际用于药物输送或去除异物。”
该研究发表于事情。