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Octobot 的微流控芯片由 3D 打印的微管道网络构成
2017-10-15

  经典的机器人形象大多让人感觉十分冰冷,因此,《超能陆战队》中柔软的充气机器人大白给观众们留下了不一样的温暖感觉。而现在,柔软的“充气”机器人也走进了现实世界。

  近日,哈佛大学的研究者们就向大家展示了他们的最新研究成果:一款章鱼形状的完全柔性机器人,昵称“Octobot”[1]。这款机器人全身都由软软的柔性材料构成,不需要外接动力,自己就能运动起来。相关论文于8月24日发表于《自然》期刊。

  柔软的新潜能传统的机器人大多是刚性材料制成的,而现在,科学家们也逐渐开始研发那些身体柔软的机器人了。相比那些硬邦邦的同类,柔性机器人有很多自己的优势:比如说,它们软软的身体有很大变形空间,这样能够更好地适应各种环境,在受到一定外力冲击时也不会坏掉,而且它们还将可以穿过狭小、不规则的空间,这在医疗、军事以及探测领域都能派上用场。

  柔性机器人的设计灵感大多来自自然界的“柔软”生物,鱿鱼、章鱼、蠕虫等动物都是科学家们模仿的对象。柔性材料可以实现机器人的伸长、挤压、攀爬等高难度动作。例如,之前有仿真章鱼的柔性机械手臂能够伸长,模仿毛毛虫的柔性机器人则能滚能跳。

  不过,之前的那些柔性机器人作品还有个缺点:这些机器人有着柔软的肢体,但控制系统仍然用常规的泵阀系统来实现,通过刚性连接来驱使不同类型的运动,并且还得通过电缆连接到机器人,还没有做到完全柔软、灵活。

  而这种这次的机器小章鱼Octobot则是真正的完全柔软。它不需要刚性材料,也不需要外接电源,具备了柔软,自由,灵活等诸多优点。

  小章鱼如何动起来?Octobot不需要电力,它的运动依靠一个简单的化学反应:过氧化氢分解。作为“燃料”的过氧化氢遇到铂催化剂,分解产生水和氧气。

  随着氧气增多,柔性控制器内压强加大,就会打开一些微阀门,关上另一些微阀门,在这个过程中章鱼机器人的四条腕足充满氧气,在这些氧气的驱动下,章鱼的腕足就会变形运动。当微流体系统切换时,章鱼的另外四条腕足则会进行同样的变形运动,二者交替,机器人就动起来了。

  制作成本低廉这只完全柔软的机器章鱼结合了注模、软光刻技术和多材料嵌入3D打印技术制成。先将预制的微流控芯片嵌入到模具中,然后倾倒入硅基材料,接着再采用3D打印技术加入其它部分的结构。管路部分采用特殊的凝胶材料“墨水”进行打印,在经过90℃加热固化之后,它们可以自动在小章鱼体内形成开放的管道网络。催化部分也用加入催化剂的“墨水”打印加工而成。

  Octobot 的微流控芯片由 3D 打印的微管道网络构成。当前这个版本还没有开关。研究人员表示,将来可能会为它加上开关,并安装更复杂的控制器和传感器。有了传感器以后,机器人就能感知周围的环境并作出相应的反应。下一步想要实现的是在水中可以游泳,山地可以爬坡的升级版Octobot。

  柔性机器章鱼中的控制部件示意图。红色的通路和蓝色的通路分别对应不同的两组柔性腕足(每组四条),通过不同的阀门控制进行动作的切换。

  研究人员表示,单个Octobot 所用的全部材料加起来还不到三美元,低廉的成本加上卓越的性能,预期未来改进后的柔性机器人将拓展机器人在人类社会中扮演的角色,改变机器人与人类的互动体验。到时候,当你拥抱这种柔性机器人的时候,说不定也会更有大白的感觉哦。

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