Popular science work
美國普林斯頓大學(xué)和北卡羅來納州立大學(xué)工程師，將古代折紙技術(shù)和現(xiàn)代材料科學(xué)結(jié)合起來，創(chuàng)造出一種軟體機(jī)器人，可輕松穿過迷宮。發(fā)表在最新一期《美國國家科學(xué)院院刊》雜志上的文章中，研究人員描述了他們用模塊化的圓柱形部件創(chuàng)建機(jī)器人的過程。
軟體機(jī)器人的轉(zhuǎn)向一直具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)向設(shè)備會增加機(jī)器人的剛性并降低其靈活性。此次新設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接內(nèi)置于機(jī)器人體內(nèi)，克服了這些問題。模塊化軟體機(jī)器人的概念還讓人們進(jìn)一步了解未來可生長、可修復(fù)和可開發(fā)新功能的機(jī)器人。
新創(chuàng)建的機(jī)器人具有在移動過程中組裝和拆分的能力，這使其既能夠作為單個機(jī)器人，也能組合成群體工作。它每個部分都是一個獨(dú)立單元，可相互通信并根據(jù)命令進(jìn)行組裝，也可輕松分離，再使用磁鐵連接起來。
研究人員用被稱為克雷斯林圖案的折紙形式的圓柱形部分，建造出這種機(jī)器人。該圖案允許每個片段扭曲成扁平的圓盤并擴(kuò)展回圓柱體。這種扭轉(zhuǎn)、伸展運(yùn)動是機(jī)器人具有爬行和改變方向能力的基礎(chǔ)。通過折疊圓柱體的一部分，機(jī)器人還能在前進(jìn)時(shí)改變方向。
這項(xiàng)工作最具挑戰(zhàn)性之處，是要開發(fā)出一種機(jī)制來驅(qū)動和操縱機(jī)器人的彎曲和折疊運(yùn)動。研究人員使用了兩種在加熱時(shí)有不同反應(yīng)的材料：液晶彈性體（加熱時(shí)收縮）和聚酰亞胺（加熱時(shí)膨脹），并將它們沿著克雷斯林圖案的折痕組合成細(xì)條。每個折疊處安裝了一個由銀納米線制成的可拉伸加熱器。納米線加熱器上的電流加熱控制條，使得兩種材料因不同的熱膨脹系數(shù)而發(fā)生形變，進(jìn)而引發(fā)折疊。通過調(diào)整電流和控制條，研究人員可精確控制折疊和彎曲，驅(qū)動機(jī)器人精準(zhǔn)移動和轉(zhuǎn)向。
