天津大学材(cái)料学专家封伟与合作者设(shè)计出一种4D打(dǎ)印的(de)软体机(jī)器人(rén)。该原型机是管状的,能在加热(rè)时自我组(zǔ)装,并可以承担挑战性任务,比如(rú)爬(pá)坡、在(zài)崎(qí)岖不平和不可(kě)预知的地(dì)形中行进。相(xiàng)关论文9月22日发表于《物质》。
软体机(jī)器人(图中(zhōng)长条形)在实验(yàn)中做翻(fān)滚、爬坡运动。
“就像有触角的昆虫一样(yàng),机器(qì)人可以跨越(yuè)一(yī)个小(xiǎo)障碍。但当障碍(ài)太高时,它会(huì)返回(huí)。”论文(wén)通讯作者封伟说(shuō),“整个(gè)过程是自发的,没有人为干预或控制。”
开(kāi)始时(shí),机(jī)器人(rén)是一片3D打印液晶(jīng)弹性体(tǐ)(一种有弹性的(de)塑料材料)扁平(píng)矩形薄片。当下表面被加热时,机器人会自动扭曲,形成一(yī)个类似弹簧的小管。在外(wài)部刺激下的形状变化在打印过程中增加(jiā)了第四个维度——时间,使其成为(wéi)4D。
一旦机器人变成一个小管(guǎn),热表面的接触(chù)就会在材料中产生应变,导致其向(xiàng)一个方向滚动。这种运动背后的驱(qū)动力十分强大,以至于机器(qì)人可以爬上(shàng)20°的斜坡,甚至可以扛起相当(dāng)于自身重量40倍(bèi)的重物。而且,机器人的长度影响其速度,长机器人比短机器人(rén)滚(gǔn)动(dòng)得更快。
“我们通过4D打(dǎ)印(yìn)将液晶弹性体加工成各种形状的样(yàng)品,并用光(guāng)、热和电刺激这些样品来(lái)观察它们的反应。”他说,“除了变形,我们还发(fā)现了推进现象。”
未(wèi)来,这些软体(tǐ)机器人可(kě)能(néng)在管道等狭小、封闭的地方(fāng)或在200℃的极端条件下工作。