机器人毛毛虫展示了软体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体机器人，它可以在狭窄的空间内前进、后退和下潜。毛毛虫机器人的运动由一种新颖的银纳米线图案驱动，这种银纳米线利用热量来控制机器人弯曲的方式，从而使用户可以在任一方向上操纵机器人。

“毛毛虫的运动受其身体局部曲率的控制——当它向前拉和向后推时，它的身体曲线不同，”这篇论文的通讯作者 Yong Zhu 和 Andrew A. Adams 说。北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程杰出教授。“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类似的曲率和运动。

“设计可以在两个不同方向移动的软体机器人是软体机器人领域的一项重大挑战，”Zhu 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体机器人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弯曲的程度。”

毛毛虫机器人由两层聚合物组成，它们在受热时会有不同的反应。当受热时，底层会收缩或收缩。顶层在受热时会膨胀。银纳米线图案嵌在不断膨胀的聚合物层中。该图案包括多个引线点，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变热，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向前拉和向后推，”该论文的第一作者、北卡罗来纳州的博士后研究员 Shuang Wu 说。“一般来说，我们施加的电流越大，它向任一方向移动的速度就越快。然而，我们发现存在一个最佳循环，它让聚合物有时间冷却——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过快地循环，身体就没有时间在再次收缩之前‘放松’，这会影响它的运动。”

研究人员还证明，毛毛虫机器人的运动可以被控制到用户能够在非常小的间隙下操纵它的程度——类似于引导机器人从门下滑行。本质上，研究人员可以控制向前和向后的运动，以及机器人在该过程中任何时候向上弯曲的高度。

“这种在软体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个过程更加高效的方法，”Zhu 说。“接下来的其他步骤包括将这种软体机器人运动方法与传感器或其他技术相结合，用于各种应用——例如搜索和救援设备。”

论文“受 Caterpillar 启发的具有分布式可编程热驱动的软体爬行机器人”将于 3 月 22 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与航空航天工程副教授 Jie Yin 合着;姚烨红，博士。北卡罗来纳州立大学的学生;和北卡罗来纳州立大学的博士后研究员 Yao Zhao。