普林斯頓大學(xué)的研究人員發(fā)明了氣泡鑄造，這是一種使用“花式氣球”制造軟機(jī)器人的新方法，這種氣球在充氣時(shí)會(huì)以可預(yù)測(cè)的方式改變形狀。
新系統(tǒng)包括將氣泡注入液體聚合物中，讓材料凝固并膨脹所得裝置，使其彎曲和移動(dòng)。研究人員使用這種方法來(lái)設(shè)計(jì)和創(chuàng)造抓握的手、拍打的魚(yú)尾和收回球的緊身線圈。他們希望他們于 11 月 10 日發(fā)表在《自然》雜志上的簡(jiǎn)單而通用的方法將加速新型軟機(jī)器人的開(kāi)發(fā)。
傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人有多種用途，例如制造汽車。“但他們將無(wú)法握住你的手，讓你在不折斷手腕的情況下移動(dòng)到某個(gè)地方，”化學(xué)和生物工程助理教授、該研究的首席研究員皮埃爾-托馬斯布倫說(shuō)。“它們天生不適合與柔軟的東西互動(dòng)，比如人類或西紅柿。”
軟機(jī)器人使用更柔軟、更靈活的材料，使其成為需要輕觸的應(yīng)用的理想選擇。有一天，它們可能會(huì)被用來(lái)收獲農(nóng)產(chǎn)品、從傳送帶上抓取精致的物品或提供個(gè)人護(hù)理。它們也可能用于醫(yī)療保健，例如用于康復(fù)的可穿戴外裝或環(huán)繞心臟以幫助其跳動(dòng)的植入式設(shè)備。
設(shè)計(jì)軟機(jī)器人的一項(xiàng)挑戰(zhàn)是控制它們的拉伸和變形方式，這決定了它們?nèi)绾我苿?dòng)。所有機(jī)器人都有引起運(yùn)動(dòng)的組件，稱為執(zhí)行器。與根據(jù)關(guān)節(jié)以固定方式移動(dòng)的剛性機(jī)器人不同，軟機(jī)器人中的材料具有以無(wú)限多種方式移動(dòng)和擴(kuò)展的潛力。
氣泡鑄造提供了一種簡(jiǎn)單、靈活的方法來(lái)使用流體力學(xué)的基本規(guī)則(流體物理學(xué))為軟機(jī)器人創(chuàng)建執(zhí)行器。該方法使用一種稱為彈性體的液體聚合物，該聚合物固化后成為一種橡膠狀的彈性材料。它被注射到一個(gè)簡(jiǎn)單的模具中，如吸管或更復(fù)雜的形狀，如螺旋形或鰭狀肢。接下來(lái)，研究人員將空氣注入液體彈性體中，以在模具的整個(gè)長(zhǎng)度上形成一個(gè)長(zhǎng)氣泡。由于重力，隨著彈性體排到底部，氣泡慢慢上升到頂部。一旦彈性體硬化，就可以將其從模具中取出并用空氣充氣，這會(huì)導(dǎo)致帶有氣泡的薄面在較厚的底座上拉伸和卷曲。
通過(guò)控制一些因素——涂在模具上的彈性體的厚度、彈性體沉降到底部的速度以及固化所需的時(shí)間——研究人員可以決定所產(chǎn)生的致動(dòng)器將如何移動(dòng)。換句話說(shuō)，“流體力學(xué)正在做這項(xiàng)工作，”布倫說(shuō)。
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