会行走、能搬货 ， 还会 “跳街舞” 。 近日 ， 美国西北大学发明出一款软体机器人 ， 该机器人看起来像一只剥开的柠檬皮 ， 它能在水箱中运动 ， 并拥有多种本领 ， 比如搬运物品、催化化学反应、输送治疗剂等 ， 而它只需光场和磁场的驱动 ， 便可实现上述功能 。
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图 | 正在“卸货”的机器人
DeepTech 联系到该研究论文的共同第一作者袁航 ， 这位来自重庆的 26 岁小伙表示 ， 他主要负责研究中的理论与模拟部分 ， 其目前在西北大学 Olvera de la Cruz 实验室做研究 ， 正在读应用物理专业 PhD 的第四年 。
该研究论文于近日发表在 Science Robotics ， 题目为 “Fast and programmable locomotion of hydrogel-metal hybrids under light and magnetic fields 。 研究主要由西北大学 Stupp 团队、以及袁航所在的 Olvera de la Cruz 团队完成 。
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图 | 论文详情页（来源：Science Robotics）
袁航参与研究的这款机器人 ， 外表酷似柠檬 ， 但它身上 90% 的成分都由一种名为水凝胶的仿生材料构成 。 如大家所知 ， 传统机器人通常像个笨重的机器 ， 上面有很多硬件和电子元件 ， 因此它们无法和含人体在内的软结构进行安全互动 。
而合作团队设计的 “柠檬片” 能在微小空间内、水下或地下执行任务 。 该机器人的外观非常小 ， 直径约 1 厘米 ， 只有大拇指指甲盖那么大 ， 但它能以正常人相同的速度行走、拿起和搬运东西 ， 从能力上看颇具生命属性 。
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图 | 正在爬坡的机器人
该研究的痛点是基于 ， 当前软体机器人具有很多优点 ， 但它们的制造工艺相对简单 。 而随着 3D 打印的兴起 ， 更复杂、更便宜的软体机器人材料有望诞生 ， 而由于软体机器人柔性较高 ， 在狭窄工作环境中可发挥出独有的优势 ， 因此业界一直盼望这类机器人可早日投入应用 。
然而 ， 目前所有软体机器人均存在一个巨大问题 ， 即为确保机器人的整体柔性 ， 供能和控制部分通常需要外置 。 因此机器人在移动时 ， 都会拖着管子或电线 ， 这严重影响了机器人自身活动的 “自由性” 。
而袁航所在团队则巧妙地解决了上述问题 ， 他们使用了轻盈的水凝胶材料 ， 来作为机器人的外表 。 机器人内部包裹着镍纳米线支架 ， 并含有特殊设计的聚合物分子 ， 这种设计让它能对外界磁场产生响应 。 在保持柔性的同时 ， 它还可摆脱硬件、液压或电池的束缚 。
光和磁场的结合 ， 让机器人实现行走或滚动
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袁航表示 ， 机器人用的水凝胶材料具有双重响应 ， 它既能对光响应 ， 也能对磁场响应 。 在水凝胶的基础上 ， 该团队加入一种对光敏感的分子 ， 这种分子一旦受到光的照射 ， 就会从亲水性变成疏水性 ，这时水凝胶就会收缩、并把水排出去 ， 机器人随之就会产生光控制的弹性形变 。
另一方面 ， 袁航和团队在合成材料时 ， 把带铁磁性的纳米线和水凝胶单分子放到一起 ， 加上磁场后 ， 就能把纳米线排列起来 ， 使得它们能沿特定方向排列 。
同时 ， 在合成水凝胶的过程中 ， 纳米线也会被固定到水凝胶里面 ， 这样水凝胶不仅能对光产生效应 ， 由于其内部的磁性纳米线 ， 也使得它能被外加磁场控制 。
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