軟體機械人輕鬆走迷宮

軟體機械人作為機械人領域的一個新興分支，與剛性結構相比，具有高柔順性、大自由度和環境共融性，在仿生機械人、搜索機械人、輔助設備和醫療機械人等領域都有潛在應用。美國普林斯頓大學和北卡羅來納州立大學的研究人員將古代折紙技術和現代材料科學結合起來，創造出一種軟體機械人，可輕鬆穿過迷宮，以後有助在醫療方面的應用。研究人員描述了他們用模塊化的圓柱形部件創建機械人的過程。

研究人員介紹稱，軟體機械人是一種新型柔軟機械人，能夠適應各種非結構化環境，與人類的交互也更安全。機械人本體利用柔軟材料製作，區別於傳統機械人電機驅動，軟體機械人的驅動方式主要取決於所使用的智能材料；一般有介電彈性體、離子聚合物金屬複合材料、形狀記憶合金、形狀記憶聚合物等。軟體機械人的轉向一直具有挑戰性，因為傳統的轉向設備會增加機械人的剛性並降低其靈活性。此次新設計將轉向系統直接內置於機械人體內，克服了這些問題。模塊化軟體機械人的概念還讓人們進一步了解未來可生長、可修復和可開發新功能的機械人。

新創建的機械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械人，也能作為群體工作。它每個部分都是一個獨立單元，可相互通信並根據命令進行組裝，也可輕鬆分離，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，建造出這種機械人。該圖案允許每個片段扭曲成扁平的圓盤並擴展回圓柱體。這種扭轉、伸展運動是機械人具有爬行和改變方向能力的基礎。通過折疊圓柱體的一部分，機械人還能在前進時改變方向。

研究人員指出，軟體機械人有各種各樣的類型，它們不僅能夠完成柔韌的動作，同時還被稱之為“以特有的‘順應性’為優勢的機器人”。這種順應性正是與以往機器人科技有著巨大差異的要素。研發這款新型軟體機械人的工作最具挑戰性之處，是要開發出一種機制來驅動和操縱機械人的彎曲和折疊運動。研究團隊使用了兩種在加熱時有不同反應的材料：液晶彈性體（加熱時收縮）和聚醯亞胺（加熱時膨脹），並將它們沿着克雷斯林圖案的折痕組合成細條。每個折疊處安裝了一個由銀納米線製成的可拉伸加熱器。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係數而發生形變，進而引發折疊。通過調整電流和控制條，研究團隊可精確控制折疊和彎曲，驅動機械人精準移動和轉向。

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