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壮丽70年奋斗新时代重庆

小卡片遇热就变机器人,不插电就能运动

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  郭一璞发自凹非寺?
量子位报道公众号 QbitAI

  一张白色半透明小卡片,放在 200 摄氏度的热表面上,就立马卷起来了。

  不仅能卷起来,还能一步一步往前跑,每次一个新的面跟热表面接触,就能推动它转向下一个面,研究者们给它取名叫Rollbot

  换个造型,扔进热水里,就能迅速的折叠起来。

  从侧面来看,这个叠法简直就像一只青蛙。

  如果仔细来看,你会发现小卡片不同的“关节”并不是同步变弯的,有的先行,有的后动,折成一个回形针的样子。

  要是从热水里拿出来,温度降下来,它还能再把自己展开铺平。

  其实,这是哈佛大学和加州理工共同研发的软体机器人,是的没错,虽然不插电,但不耽误它是一台机器人。只要受热,它就能弯折,实现变身和运动。

  由于能在不同环境中灵活“变身”,而且材料结构可调节,设定弯折的环境与角度,将来这种软体机器人可以为医疗和工业领域中的被动控制奠定基础。

  你一热,它就弯

  好好地机器人,为什么会变弯?

  这源于一种特殊的铰链结构。

  这些铰链结构是 3D 打印出来的,由 LCE(液晶弹性体)构成。

  LCE 在一定温度上会变弯,在这个温度之下会伸直,两种状态之间有一个转变温度

  研究者们用到了两种 LCE 材料,由于骨架柔韧性和交联化学性质的差异,两种 LCE 材料的转变温度不同,一种的转变温度是 24 摄氏度,另一种的转变温度是 96 摄氏度。

  两种材料的化学式不同,下图蓝色框内的是转变温度为 24 摄氏度的 LCE 材料,橙色框内是转变温度为 96 摄氏度的 LCE 材料。

  之后需要进行 3D 打印,由于双层打印横纵排列不同,打印出来的铰链结构会在变温时按照 Mountain(山形)和 Valley(谷形)结构,分别朝两边弯折。

  这样,出来的成品就可以被控制折叠方向,有的棱朝外侧折叠,有的棱朝内侧折叠,全自动变身,无需人工干预。

  另外,折叠的角度也是可以控制的,虽然可以达到 180 度的折叠,不过具体角度和铰链的材料与尺寸息息相关。

  弯折方式随心所欲

  因此,使用这种铰链,你就可以提前预设这块小卡片应该朝哪里弯折、在多高温度时候弯折、弯折的角度是多少,这样就可以根据具体的应用场景和环境,设计出合适的软体机器人。

  比如,这样的软体机器人结构,总共 50 个教练,每个都是 6 毫米宽,0.5 毫米厚,可以折叠到 180 度。

  在室温下,它的造型是这样的,两个连接的方块都是展开的:

  加热到 95 度,上面的方块就把自己压扁了:

  加热到 155 度,下面的方块也扁了:

  但是如果恢复到室温,两个方块就会都重新展开。

  哈佛&加州理工出品

  这项研究有两位共同一作。

  一位是 Arda Kotikian,她之前本科学的就是化学和数学,现在是哈佛 John A. Paulson 工程与应用数学学院的研究生,一直在研究用 LCE 材料开发软体机器人。

  另一位是 Connor McMahan,加州理工学院机械和土木工程博士在读,一直在研究预测形状变化结构。另外,他还是一名 NASA Fellow。

  传送门

  Untethered soft robotic matter with passive control of shape morphing and propulsion

  https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7044

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发布时间:12:06:32


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