机器人履带展示软机器人运动的新方法

北卡罗来纳州立大学的研究人员展示了一种类似毛毛虫的软机器人，可以在狭窄的空间内向前、向后移动和下沉。毛毛虫机器人的运动由一种新颖的银纳米线模式驱动，该图案利用热量来控制机器人弯曲的方式，允许用户在任一方向上引导机器人。

“毛毛虫的运动是由其身体的局部曲率控制的 - 当它向前拉自己时，它的身体弯曲与向后推自己时不同，”朱勇说，他是一篇关于这项工作的论文的通讯作者，北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程的安德鲁·A·亚当斯杰出教授。“我们从毛毛虫的生物力学中汲取灵感来模仿局部曲率，并使用纳米线加热器来控制毛毛虫机器人中的类似曲率和运动。

“设计可以在两个不同方向移动的软机器人是软机器人的一个重大挑战，”朱说。“嵌入式纳米线加热器使我们能够以两种方式控制机器人的运动。我们可以通过控制软机器人中的加热模式来控制机器人的哪些部分弯曲。我们可以通过控制施加的热量来控制这些部分的弯曲程度。

毛毛虫机器人由两层聚合物组成，当暴露在热中时，它们的反应会有所不同。底层遇热时会收缩或收缩。顶层遇热时会膨胀。银纳米线的图案嵌入聚合物的膨胀层中。该模式包括多个引线点，研究人员可以在其中施加电流。研究人员可以通过向不同的引线点施加电流来控制纳米线图案的哪些部分升温，并且可以通过施加更多或更少的电流来控制热量。

“我们证明了毛毛虫机器人能够将自己向前拉并向后推，”该论文的第一作者，北卡罗来纳州立大学的博士后研究员Shuang Wu说。“一般来说，我们施加的电流越多，它在任一方向上的移动速度就越快。然而，我们发现有一个最佳循环，它给了聚合物冷却的时间 - 有效地让“肌肉”在再次收缩之前放松。如果我们试图让毛毛虫机器人循环得太快，身体在再次收缩之前没有时间'放松'，这会损害它的运动。

研究人员还证明，毛毛虫机器人的运动可以控制到用户能够在非常低的间隙下操纵它的程度 - 类似于引导机器人滑入门下。从本质上讲，研究人员可以控制向前和向后运动，以及机器人在该过程的任何一点向上弯曲的高度。

“这种在软机器人中驱动运动的方法非常节能，我们有兴趣探索可以使这一过程更有效的方法，”朱说。“其他后续步骤包括将这种方法与传感器或其他技术集成到软机器人运动中，以用于各种应用，例如搜索和救援设备。

这篇题为“受卡特彼勒启发的具有分布式可编程热致动功能的软爬行机器人”的论文将于 22 月 <> 日发表在《科学进展》杂志上。该论文由北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程副教授尹杰共同撰写;洪耀业，北卡罗来纳州立大学博士生;以及北卡罗来纳州立大学博士后研究员赵姚。