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仿变色龙软体机器人问世新型柔性机器小强爬行速度快不怕踩《资讯》

发布时间:2020-08-17 14:22:03 阅读: 来源:水箱厂家

2019-08-02 08:56:00来源:科技日报

仿变色龙软体机器人问世

模仿变色龙的原理,中国科学院深圳先进技术研究院的杜学敏团队研制出了能通过颜色变化进而实现与环境交互,同时还能运动的软体爬行机器人。该研究成果近日在线发表于国际顶级学术期刊《细胞》(Cell)姊妹刊Matter上。

杜学敏介绍,变色龙之所以能够改变皮肤颜色源于其身上的结构色。“变色龙的皮肤中存在一个个规整排列的纳米颗粒,当皮肤舒张或收缩时,纳米颗粒的间距会发生改变,进而会改变光的反射效果,最终呈现出肉眼可见的颜色变化,这种由于微纳结构与光相互作用产生的颜色就是所谓的结构色。”

受此启发,杜学敏团队以周期性排布的纳米颗粒为模板,注入特殊材料并固化后,获得具有周期性纳米孔洞结构的变色薄膜。“薄膜中填充溶剂蒸汽,一方面能够使纳米孔洞迅速膨胀,从而改变间距。另一方,也能改变材料的折射率,从而实现颜色的快速改变。”杜学敏说道。

据介绍,该薄膜在溶剂氛围中的颜色变化速度可快至0.2秒,并且通过调控薄膜暴露在溶剂蒸气中的时间长短,实现不同的颜色变化。此外,该薄膜还能响应不同的溶剂,在乙醇、丙酮、氯仿等溶剂蒸汽中产生相应的颜色变化,这种通过特定化学或生物分子等刺激实现变色的技术,未来有望应用于身体健康检查及环境污染监测领域等。

该研究的另一大突破在于快速变色的同时,结合可控变形与可控运动的材料,实现了仿变色龙的驱动。杜学敏介绍说,该成果有望在传感、通讯及机器人伪装等方面实现应用。

踩不死的“机器小强”来了

每当微型机器人出现新进展,总有声音质疑研制这些像蚊子或“小强”一样的家伙,是概念论证还是真能派上用场。就目前而言,毫米级到厘米级的机器人已经完全可以依靠体型,进入到人类和普通机器人所不能及的狭小空间内作业,譬如救灾时穿越缝隙和洞穴,工程上检测石油天然气管道,甚至在挑战集群模式、水陆双栖等诸多方面得到应用。而随着材料升级和能源支持,它们的行动越来越灵活高效,一些原本人类可以胜任的工作,也在渐渐转移给它们,例如种植业的人工授粉,已经有国家在尝试利用集群作业的小机器人去完成。

“机器小强”要用电子显微镜才能看到其真实结构图片来源:《科学》网站

看到蟑螂“小强”,人们总是会情不自禁地想踩上一脚。据最新一期《科学·机器人》报道,美国加州大学伯克利分校和中国清华大学的科学家团队联合研发出一种新型柔性“机器小强”,不仅爬行速度快,而且不怕踩。

“机器小强”的原型高度为3厘米,重量不到0.07克。需要使用电子显微镜才能看到其真实结构,其中热塑层夹在钯金电极之间,用黏合剂硅胶黏合在底部的塑料件上。

在施加60伏特(可低至8伏特)的交流电压时,这个看似一张弯曲的长方形纸条的简易机器装置会快速收缩和伸展,通过前腿撞击地面,最高可以每秒20个自长,也就是8.7厘米的速度移动。

除了爬得快,“机器小强”还有更多酷炫技能。用其自重100万倍的负荷踩扁它,它还能继续爬行,不过速度将会减半。即使是爬一个15度角的斜坡,它也能以每秒一个自长的速度攀爬。它甚至还能以六分之一的速度成功运送一颗是其自重6倍的花生。

研究人员表示,将原型“机器小强”的一条腿换做两条,其爬行速度会更快。“机器小强”的速度和坚固性是目前其他柔性机器人无法比拟的,未来可在环境探索、结构检查、信息侦察和救灾等场合得到广泛应用。

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