天津大學(xué)材料學(xué)專家封偉與合作者設(shè)計(jì)出一種4D打印的軟體機(jī)器人。該原型機(jī)是管狀的，能在加熱時(shí)自我組裝，并可以承擔(dān)挑戰(zhàn)性任務(wù)，比如爬坡、在崎嶇不平和不可預(yù)知的地形中行進(jìn)。相關(guān)論文9月22日發(fā)表于《物質(zhì)》。
“就像有觸角的昆蟲一樣，機(jī)器人可以跨越一個(gè)小障礙。但當(dāng)障礙太高時(shí)，它會返回。”論文通訊作者封偉說，“整個(gè)過程是自發(fā)的，沒有人為干預(yù)或控制。”
開始時(shí)，機(jī)器人是一片3D打印液晶彈性體(一種有彈性的塑料材料)扁平矩形薄片。當(dāng)下表面被加熱時(shí)，機(jī)器人會自動扭曲，形成一個(gè)類似彈簧的小管。在外部刺激下的形狀變化在打印過程中增加了第四個(gè)維度——時(shí)間，使其成為4D。
一旦機(jī)器人變成一個(gè)小管，熱表面的接觸就會在材料中產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致其向一個(gè)方向滾動。這種運(yùn)動背后的驅(qū)動力十分強(qiáng)大，以至于機(jī)器人可以爬上20°的斜坡，甚至可以扛起相當(dāng)于自身重量40倍的重物。而且，機(jī)器人的長度影響其速度，長機(jī)器人比短機(jī)器人滾動得更快。
“我們通過4D打印將液晶彈性體加工成各種形狀的樣品，并用光、熱和電刺激這些樣品來觀察它們的反應(yīng)。”他說，“除了變形，我們還發(fā)現(xiàn)了推進(jìn)現(xiàn)象。”
未來，這些軟體機(jī)器人可能在管道等狹小、封閉的地方或在200℃的極端條件下工作。“我們希望軟體機(jī)器人不再局限于被用作簡單的驅(qū)動器。”封偉說。(記者 馮麗妃)
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