科学家开发流体力学驱动的机器人,无机械加工可节约高昂机器成本

这是一只可轻轻拿起水果的星形“手指” 。
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(来源:Nature)
这是一条正在翻转尾巴的小鱼 。
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这是一根根弯曲的“手指” , 就像弹钢琴一样 。
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(来源:Nature)
它们外观不同 , 但却使用了同一技术——“花式气球”泡泡铸造法 。 11月10日 , 相关论文以《泡泡铸造软机器人》(Bubblecastingsoftrobotics)为题发表在Nature上 , 并成为当期封面论文 。
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图|当期论文封面(来源:Nature)
此前软体机器人:成本高昂、任务执行不够完美
所有机器人都需要一个可引起运动的部件 , 也叫作执行器 。 刚性机器人是根据关节以固定方式进行移动 , 而软体机器人在移动方式上 , 具有更多想象力 。
软体机器人 , 是由可延展材料制成的机器人 。 它可进入和绕行一般硬体机器人无法触达的地方 。 设计时的最大困难在于控制拉伸方式和变形方式 , 这决定着它的移动方式 。
尽管它的应用前景不错 , 但目前许多软体机器人的柔软“身体”却不得不被刚性驱动器来驱动 , 任务执行的效果往往会任务实现的目标以及效果大打折扣 。
为构建更实用的软体机器人 , 已有科研团队开发出软体驱动器 , 来让机器人完全实现软体化 。 但此前要想实现这一目的 , 通常需要3D打印机、或激光切割机等昂贵设备 。
而文章开头动图中的软体机器人 , 搭载了科学家最新发明的新技术——“花式气球”泡泡铸造法 , 上述难题也借此被攻克 。
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(来源:Nature)
“花式气球”启发一篇Nature封面论文
该研究由普林斯顿大学化学与生物工程系的团队完成 , 这是一种使用“花式气球”法来制造软体机器人的新方法 。 在充气时 , 气球能以可预测的方式改变自身形状 。
以可握住水果的软体手指为例 , 这是能像肌肉一样收缩的手指 , 当给它施加空气时还可以单独弯曲 。
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(来源:Nature)
研究中 , 将气泡注入液态聚合物、也就是橡胶之中 , 以便在模具的整个长度上形成一个长气泡 。 一旦聚合物凝固 , 它就可以弯曲、移动和抓住东西 。 然后 。 随着弹性体由于重力作用渐渐沉入到底部 , 气泡则会慢慢上升到顶部 。
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(来源:Nature)
然后向气泡顶部周围的薄膜充气 , 随着薄膜尺寸的增加 , 气泡就会包裹在硬底部的周围 。 也就是说随着气泡上升 , 一层弹性体薄膜便留在其上方 , 但大部分液态弹性体最终会落入下方 。
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(来源:Nature)
具体来说 , 泡泡铸造技术利用了流体的物理特性 。 在制造过程中 , 使用管状物或螺旋状物作为模具 , 将空气泵入液态聚合物中就可产生气泡 , 当聚合物凝固时 , 气泡则会漂浮到顶部 。 一旦这些弹性体硬化 , 就可将其从模具中取出、并向其充气 。 其中贴近气泡一侧的薄面 , 会在较厚的底座上拉伸并卷曲 。
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