新机器人概念使用响应材料在水中游泳

加州理工学院和苏黎世联邦理工学院的工程师开发出了能够自行推进的机器人，无需使用任何电机，伺服系统或电源。相反，这些首创的设备在水中划水，因为它们由温度变化而变形。

这项工作模糊了材料和机器人之间的界限。在自行式设备中，材料本身使机器起作用。“我们的例子表明，我们可以使用结构材料来响应环境因素，控制和推动机器人，”加州理工学院工程与应用科学系机械工程和应用物理学教授Daraio说道，并且是一篇论文的通讯作者推出5月15 日出现在美国国家科学院院刊上的机器人。

新推进系统依赖于柔性聚合物条带，在冷却时卷曲并在温暖时伸展。聚合物被定位以激活机器人体内的开关，该开关又连接到桨，其像划艇一样向前排。

该开关由双稳态元件制成，该双稳态元件是可以在两种不同的几何形状中稳定的部件。在这种情况下，它由弹性材料条构成，当被聚合物推动时，弹性材料从一个位置卡扣到另一个位置。

当冷机器人被放置在温水中时，聚合物伸展开来，激活开关，由此产生的能量突然释放使机器人向前移动。聚合物条带也可以“调整”以在不同时间给出特定的响应：也就是说，较厚的条带需要更长的时间来加热，拉伸并最终激活其桨叶而不是更薄的条带。这种可调性使团队能够设计出能够以不同速度转动和移动的机器人。

该研究以加州理工学院航空航天教授Daraio和Dennis Kochmann先前的工作为基础。他们使用双稳态元件链来传输信号并构建类似计算机的逻辑门。

在设计的最新版本中，Daraio的团队和合作者能够以这样的方式连接聚合物元件和开关，使四轮机器人向前推进，从而减少一个小的有效载荷(在这种情况下，一个令牌，加上印有加州理工学院的密封件)，然后向后划桨。

“将简单的动作结合在一起，我们能够将编程嵌入到材料中，以执行一系列复杂的行为，”加州理工学院博士后学者Osama R. Bilal说，他是PNAS论文的共同第一作者。将来，可以添加更多功能和响应，例如使用对其他环境因素(如pH或盐度)有反应的聚合物。研究人员表示，未来版本的机器人可能含有化学品泄漏，或者在较小规模上可能含有药物。

目前，当双稳态元件咬合并释放能量时，必须手动复位它们才能再次工作。接下来，该团队计划探索重新设计双稳态元件的方法，以便在水温再次变化时自动重置 - 使得它们可能无限期地游泳，只要水温不断波动。

PNAS论文的标题是“利用双稳态机器人进行柔性无绳机器人的定向推进。”