科學家發明新爬樓軟體機器人：輕盈、快速、靈活

圖源：論文截圖

在軟體機器人中展示光誘導的運動，以往有研究報告了爬行和行走的運動，觀察到運動時產生大的摩擦。近日，圓柱形和多圈螺旋形軟體機器人的滾動運動已面世，它通過采用滾動阻力來減少摩擦，很像車輪。然而，滾動并不是我們在日常生活中所經歷的爬樓梯有效策略。

于是，研究人員更進一步，實現了單圈螺旋形軟體機器人的扭轉運動，使單位長度的螺旋直徑最大化，這個因素與軟體機器人能夠克服障礙物的高度密切相關。

在單圈螺旋形的情況下，在地面上滾動的扭轉軟體機器人只接觸到一個點和兩個點，而軟體機器人的單端能夠伸過障礙物。通過這些觀察，很明顯，單圈螺旋線將是一個有效的設計，它可以最大限度地減少滾動阻力，同時最大限度地提高軟體機器人的高度到達率。

為了克服障礙，扭轉式軟體機器人需要在一個接觸點上抬起整個身體。分子工程使研究人員能夠展示階梯式攀登的扭轉式軟體機器人，以及在輕質的身體重量（0.2毫克）內實現大的每體長度速度（0.15 BL/s）。

通過研究七種不同的偶氮苯基分子開關，以對分子排列和交聯密度進行編程，作為液態結晶聚合物。通過改變分子開關的分子長度，研究人員可以在不增加懸空鏈的情況下控制交聯密度。因此，高楊氏模量（>2 GPa）和光生應力（>1 MPa）都能實現。這有助于軟體機器人保持較高的線圈高度，并使其能夠在基底上用一個接觸點舉起整個身體。

研究人員還優化了粘彈性軟體機器人的溫度條件與玻璃化溫度的關系。在玻璃狀態下，軟體機器人的速度在較高的溫度下增加，因為較軟的材料更容易進行形狀的重新配置。然而，在橡膠狀態下觀察到的情況恰恰相反。在太高的溫度下，軟體機器人不能產生足夠的應力和消散光生的應力，這說明了粘彈性在聚合物基軟體機器人中的重要性。

通過這項研究工作，新的扭轉型軟體機器人設計，可以增強軟體機器人驅動力，或高伸長率的應用潛力，還可以增強對光驅動軟體機器人的結構-性能關系的基本認識。

題為Light-Fueled Climbing of Monolithic Torsional Soft Robots via Molecular Engineering的相關研究論文發表在《先進智能系統》上。

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論文原文：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202100148

標簽： 軟體機器人 爬樓