北卡羅來(lái)納州立大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出能夠在迷宮等復(fù)雜環(huán)境中導(dǎo)航的軟機(jī)器人，而無(wú)需人類(lèi)或計(jì)算機(jī)軟件的輸入。

“這些軟機(jī)器人展示了一個(gè)稱(chēng)為‘物理智能’的概念，這意味著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和智能材料使軟機(jī)器人能夠在各種情況下導(dǎo)航，而不是計(jì)算智能，”該論文的通訊作者 Jie Yin 說(shuō)以及北卡羅來(lái)納州立大學(xué)機(jī)械和航空航天工程副教授。

軟機(jī)器人由液晶彈性體制成，呈扭曲帶狀，類(lèi)似于半透明的rotini。當(dāng)您將色帶放在溫度至少為 55 攝氏度(131 華氏度)的表面上時(shí)，該表面比周?chē)諝飧鼰?，色帶接觸表面的部分會(huì)收縮，而暴露在空氣中的部分會(huì)收縮不是。這會(huì)在色帶中引起滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。表面溫度越高，它滾動(dòng)的速度就越快。

“這在以前用光滑的桿完成過(guò)，但這種形狀有一個(gè)缺點(diǎn)——當(dāng)它遇到一個(gè)物體時(shí)，它只是在原地旋轉(zhuǎn)，”尹說(shuō)。“我們制作的扭帶狀軟機(jī)器人能夠在沒(méi)有任何人或計(jì)算機(jī)干預(yù)的情況下越過(guò)這些障礙。”

絲帶機(jī)器人通過(guò)兩種方式做到這一點(diǎn)。首先，如果絲帶的一端遇到物體，絲帶會(huì)稍微旋轉(zhuǎn)以繞過(guò)障礙物。其次，如果機(jī)器人的中央部分遇到一個(gè)物體，它就會(huì)“折斷”?？焖籴尫糯鎯?chǔ)的變形能量會(huì)導(dǎo)致色帶略微跳躍并在著陸前重新定向。絲帶可能需要多次折斷，才能找到允許越過(guò)障礙物的方向，但最終它總能找到一條清晰的前進(jìn)路徑。

“從這個(gè)意義上說(shuō)，它很像許多人在家中使用的機(jī)器人吸塵器，”尹說(shuō)。“除了我們創(chuàng)造的軟機(jī)器人從其環(huán)境中汲取能量并且無(wú)需任何計(jì)算機(jī)編程即可運(yùn)行。”

Credit: Yin Lab@NCSU

“允許機(jī)器人越過(guò)障礙物的兩個(gè)動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)和捕捉，在梯度上運(yùn)行，”該論文的第一作者和北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的博士后研究員姚兆說(shuō)。“如果一個(gè)物體接觸到絲帶的中心，就會(huì)發(fā)生最強(qiáng)大的啪啪聲。但是如果一個(gè)物體接觸到遠(yuǎn)離中心的絲帶，絲帶仍然會(huì)啪啪作響，只是力量較小。離中心越遠(yuǎn)，絲帶就越不明顯按扣，直到您到達(dá)絲帶長(zhǎng)度的最后五分之一，這根本不會(huì)產(chǎn)生按扣。”

研究人員進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，證明這種帶狀軟機(jī)器人能夠在各種迷宮般的環(huán)境中導(dǎo)航。研究人員還證明，軟機(jī)器人可以在沙漠環(huán)境中很好地工作，表明它們能夠爬上和下坡松散的沙子。

“這很有趣，而且看起來(lái)很有趣，但更重要的是，它為我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)能夠從自然環(huán)境中收集熱能并自主協(xié)商復(fù)雜、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境(如道路和惡劣的沙漠)的軟機(jī)器人提供了新的見(jiàn)解，”尹說(shuō)。