资讯中心

　　【仪表网 仪表下游】导读：天津大学材料学专家封伟与合作者设计出一种4D打印的软体机器人。该原型机是管状的，能在加热时自我组装，并可以承担挑战性任务，比如爬坡、在崎岖不平和不可预知的地形中行进。
 

　　开始时，机器人是一片3D打印液晶弹性体(一种有弹性的塑料材料)扁平矩形薄片。当下表面被加热时，机器人会自动扭曲，形成一个类似弹簧的小管。在外部刺激下的形状变化在打印过程中增加了第四个维度——时间，使其成为4D。
 

　　一旦机器人变成一个小管，热表面的接触就会在材料中产生应变，导致其向一个方向滚动。这种运动背后的驱动力十分强大，以至于机器人可以爬上20°的斜坡，甚至可以扛起相当于自身重量40倍的重物。而且，机器人的长度影响其速度，长机器人比短机器人滚动得更快。
 

　　研究人员拍摄了展示机器人技能的视频，包括不同大小的机器人和机器人推车的比赛。视频还展示了机器人行为是如何根据周围环境而改变的，当遇到不可逾越的障碍时，机器人要么爬上台阶，要么改变方向。
 

　　通过4D打印将液晶弹性体加工成各种形状的样品，并用光、热和电刺激这些样品来观察它们的反应。在未来，这些软体机器人可能被用于在管道等狭小、封闭的地方或在200℃的条件下工作。软体机器人不再局限于被用作简单的驱动器——只能在一个固定的位置改变形状。
 

　　软体机器人在生产生活中具有极其广泛的应用。根据其使用场景可分为以下3种主要运用领域。
 

　　人机交互康复机器人。相比于传统刚性机器人，软体机器人柔软的机体使其可以更高效、安全地与人类和自然界进行交互。如同人体灵活的躯干与肌肉，软体机器人柔软的机体、弯曲的形态和不规则的表面令其在不同环境中能够更为灵活的运动。因此，将软体机器人与可穿戴设备结合用以帮助特殊人群完成生理活动。
 

　　哈佛大学的软体机器人手套利用软体致动器组成的模压弹性腔与纤维增强，诱导特定的弯曲，能够使肌肉或者神经受损的患者独立把握物体。研究者们对这些软致动器进行机械编程，以匹配和支持使用者个别手指的精确运动。与此相似的还有拇指柔性康复手套。除小型的穿戴设备外，还出现了步态协助软机器人exosuit这样覆盖全身的大型可穿戴设备。它可以像正常的衣服一样佩戴，最大限度减少与穿着者的相互干涉，对穿戴者起到辅助作用。目前，中国已经成为世界上老年人口最多的国家，也是人口老龄化发展速度最快的国家之一。中国正逐步进入老龄化社会，加之社会经济的稳步发展，大众对于服务机器人的需求日益增长，在人机交互和康复领域有着广泛运用，更应受到更加广泛的关注。因此，大力发展软体机器人应用技术，提高研发水平，早日实现其在人机交互及康复领域的运用和普及，满足社会发展及市场的需求。
 

　　勘探、野外运动。在地震、洪水等自然灾害发生时，抑或遇到悬崖、岩洞、海底等复杂未知环境，用机器人代替人类工作就显得十分必要。传统的刚体或超冗余度机器人对复杂环境的适应能力不足以承担日趋精密的勘探任务，而软体机器人则可以利用自身柔软、弯曲程度高、自由度大等优势很好地适应不同的复杂环境，承担起勘探、救援等工作。一种柔软可变形机器人可以通过爬行、跳跃等方式在崎岖的地形中轻松自如地移动。此外，利用内燃爆炸驱动的方式，机器人可以不受限制地跳跃通过各种障碍。在水下，柔软的尾鳍推进机器鱼可以像鱼一样潜水、摆尾、游动，进而完成水底勘探、搜寻等工作。而仿生章鱼机器人运用仿生学原理，可以通过狭小的通道并利用非结构化的触手在曲折的地面前进或作出抓取动作。
 

　　医疗和手术应用。软机器人天生具有与生物体的自然组织兼容的优势。微创外科手术为软体机器人提供了一个巨大的舞台。软体机器人能够突破传统微创外科手术方法的局限，如低自由度的操作设备给手术带来的限制。伦敦大学研制的刚度可控的章鱼状微创外科手术机器人手臂运用了仿生学原理，根据手臂机械性能的需要通过控制机械手臂的刚度更好地配合手术进行，柔软的材质将手术的伤害降到低。
 

　　资料来源：战略前沿技术、中国科学报