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全新磁驱动高速软体机器人问世

来源:科技日报    时间:2020-09-27    

  据英国《通讯·材料》杂志24日发表的一项机器人最新研究,欧洲科学家团队报告研发一种磁驱动的新型高速软体机器人。这种机器人可以超快速地完成行走、游泳、漂浮和捕捉活体苍蝇,将在生物组织工程与生物力学领域得到广泛应用。

  对于自然界的生物而言,高速行动对捕猎、逃跑和飞行至关重要。这一点对于软体机器人也一样有用,因为它使机器人可以捕捉快速移动的物体,并对周围动态环境迅速做出反应。

  但是,要在机器人身上复制这种高速行动非常具有挑战性。电动机可以在“硬体”机器人身上模仿这种行为,但使用的是一些基于塑料或橡胶等材料所制造的便宜而简单的机器人系统。

  而此次,德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心的科学家丹尼斯·马卡罗夫、奥地利约翰·开普勒林茨大学马汀·卡尔滕博纳及他们的同事,展示了磁驱动高速软体机器人的设计原理、材料和制作工艺。他们在机器人体内嵌入微小的磁体,快速响应磁场,使机器人可以根据它们具体的形状移动。在演示中,机器人可高速完成行走、游泳、漂浮和捕捉活体苍蝇等运动。譬如,一个花形机器人在一只苍蝇触发陷阱后捕捉了它,随后张开磁驱动的八臂又释放了它;一个三角形机器人可以在空中快速自我卷曲并向前行走;一个六臂机器人可以抓取、运输和释放无磁性物体;模拟蝠鲼形态的机器人可以在水中带着物品游泳;而放置于透明玻璃管中的四臂机器人,可在3.7mT磁场作用下漂浮。

  研究人员表示,这种设计取得了迄今已报道的软体机器人最高的比能量密度,这对于低磁场下的高速驱动很关键。

  这种机器人可快速适应各种环境条件,在有限的环境中激发生物医学潜能,并可以作为模型系统来开发受自然启发的复杂动作,同时,这些机器人也可用于生物组织工程——作为更大的机器人系统的组成成分,或可用于研究高速行动生物体的生物力学响应。

  由于软体机器人的力学特性,其运动可能会变得不可预测,因此也难以控制。但是,科学家现在证明软体机器人不仅可以精确控制,而且能完成异常难度的运动。行走游泳只是小菜一碟,悬浮和运货也不在话下,甚至当速度足够快时,还可以活捉苍蝇。这一成果激发了生物组织工程领域未来的研究,可以说,这种新型软体机器人会成为研究快速生物机械过程——如快速移动生物体的流体动力学和空气动力学的一个模型范本。

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