天津(jīn)大(dà)学材料学专家封伟与(yǔ)合作者设计出(chū)一种4D打印的(de)软体(tǐ)机器人。该原型机是管状的(de),能在加(jiā)热时自我组装,并可以承担挑战(zhàn)性(xìng)任务(wù),比(bǐ)如爬(pá)坡(pō)、在崎岖不(bú)平和(hé)不可预知的地形中行进。相(xiàng)关论文9月22日发表(biǎo)于(yú)《物质(zhì)》。
软体机器人(图中长条形)在实(shí)验(yàn)中(zhōng)做翻滚、爬坡(pō)运动。
“就(jiù)像有触角的昆(kūn)虫一样,机器人可以跨越(yuè)一个小障碍。但当障碍太(tài)高时,它会(huì)返回。”论(lùn)文通讯(xùn)作者封(fēng)伟说,“整(zhěng)个过程是自发的,没有人为干预或控(kòng)制(zhì)。”
开始时,机器人是(shì)一片(piàn)3D打印液晶弹性体(一种有弹(dàn)性的塑料材料)扁平矩形薄片。当(dāng)下(xià)表面(miàn)被(bèi)加热时,机器人会自动扭曲,形成一(yī)个类似弹簧的(de)小管。在(zài)外部刺激下的(de)形状(zhuàng)变化在打印过程中增(zēng)加了第四个维度——时间,使(shǐ)其成为4D。
一(yī)旦机器人变成一个(gè)小管,热表面的接触(chù)就(jiù)会在材料(liào)中产(chǎn)生应变,导致其向一(yī)个方向(xiàng)滚动。这种运动背后的驱动力十分强大,以(yǐ)至(zhì)于机器人可以爬上20°的斜(xié)坡,甚(shèn)至可以扛起相(xiàng)当于自身重(chóng)量40倍的重物。而且,机器人(rén)的长度(dù)影响其速度,长机器人比短机器人滚动(dòng)得更快。
“我们通过4D打印将液晶弹性体加工(gōng)成(chéng)各种形(xíng)状(zhuàng)的样品,并用光、热和电(diàn)刺激这些样品来观(guān)察(chá)它们的反应。”他说,“除了变形,我们还发现(xiàn)了推进现象。”
未来,这些软体机器人可能在管道(dào)等狭小(xiǎo)、封闭的地方或在200℃的极端条件下(xià)工作。