全新磁驱动高速软体机器人问世 捕捉苍蝇不在话下
- 2020/9/28 14:41:57 28859
- 来源：仪表网
【仪表网 仪表下游】据英国《通讯·材料》杂志24日发表的一项机器人研究，欧洲科学家团队报告研发一种磁驱动的新型高速软体机器人。这种机器人可以超快速地完成行走、游泳、漂浮和捕捉活体苍蝇，将在生物组织工程与生物力学领域得到广泛应用。
对于自然界的生物而言，高速行动对捕猎、逃跑和飞行至关重要。这一点对于软体机器人也一样有用，因为它使机器人可以捕捉快速移动的物体，并对周围动态环境迅速做出反应。
什么是软体机器人？
软体机器人是一种新型柔软机器人，能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全。机器人本体利用柔软材料制作，一般认为是杨氏模量低于人类肌肉的材料；区别于传统机器人电机驱动，软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料；一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等，从响应的物理量暂时分为如下几类：电场、压力、磁场、化学反应、光、温度。科学家依此设计了各种各样的软体机器人，大多数软体机器人的设计是模仿自然界各种生物，如蚯蚓、章鱼、水母等。
软体机器人的原理
制造软体机器人使用的是怀特赛德斯团队发明的软光刻技术。其生产过程是：借助电子元件让光照射模具的表面，致使覆盖在图案上一层薄薄的高分子膜曝光，以此溶解没有图案的区域。怀特赛德斯说：“这是一个非常成功的技术，它具有很高的分辨率，相当小巧，但在批量化生产之前成本比较昂贵。”
软光刻技术是以柔软聚合物模具为载体，这是一个相对比较简单的制造过程。怀特赛德斯说：“我们可以使用平整的表面进行投射或输出，也可以封住凹面以形成通道。”借助微流体技术作用于通道，从注入空气到产生运动，怀特赛德斯团队的设计概念得到来提升：“考虑到通道的结构和空气泵，这意味着它的弯曲可以成为软体机器人的一个特性。”
但是，要在机器人身上复制这种高速行动非常具有挑战性。电动机可以在“硬体”机器人身上模仿这种行为，但使用的是一些基于塑料或橡胶等材料所制造的便宜而简单的机器人系统。
而此次，德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心的科学家丹尼斯·马卡罗夫、奥地利约翰·开普勒林茨大学马汀·卡尔滕博纳及他们的同事，展示了磁驱动高速软体机器人的设计原理、材料和制作工艺。他们在机器人体内嵌入微小的磁体，快速响应磁场，使机器人可以根据它们具体的形状移动。在演示中，机器人可高速完成行走、游泳、漂浮和捕捉活体苍蝇等运动。譬如，一个花形机器人在一只苍蝇触发陷阱后捕捉了它，随后张开磁驱动的八臂又释放了它；一个三角形机器人可以在空中快速自我卷曲并向前行走；一个六臂机器人可以抓取、运输和释放无磁性物体；模拟蝠鲼形态的机器人可以在水中带着物品游泳；而放置于透明玻璃管中的四臂机器人，可在3.7mT磁场作用下漂浮。
研究人员表示，这种设计取得了迄今已报道的软体机器人高的比能量密度，这对于低磁场下的高速驱动很关键。
这种机器人可快速适应各种环境条件，在有限的环境中激发生物医学潜能，并可以作为模型系统来开发受自然启发的复杂动作，同时，这些机器人也可用于生物组织工程——作为更大的机器人系统的组成成分，或可用于研究高速行动生物体的生物力学响应。
资料来源：百科、科技日报
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