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北卡罗莱纳州立大学的研究人员展示了一种毛毛虫状的软体机器人，它可以在狭窄的空间内前进、后退和下沉。毛毛虫机器人的运动是由一种新型的银纳米线驱动的，这种银纳米线利用热量来控制机器人弯曲的方式，允许用户向任何一个方向操纵机器人。
“毛毛虫的运动是由它身体的局部曲率控制的——当它向前拉自己和向后推自己时，它的身体曲线是不同的，”朱勇说，他是一篇关于这项工作的论文的通讯作者，也是北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程安德鲁·A·亚当斯杰出教授。“我们从毛毛虫的生物力学中获得了灵感，模拟了局部的曲率，并使用纳米线加热器来控制毛毛虫机器人的类似曲率和运动。
“工程软机器人可以在两个不同的方向移动是软机器人的一个重大挑战，”朱说。“嵌入的纳米线加热器使我们能够以两种方式控制机器人的运动。我们可以通过控制软机器人的加热模式来控制机器人的哪些部分弯曲。我们可以通过控制施加的热量来控制这些部分的弯曲程度。”
毛毛虫机器人由两层聚合物组成，在受热时反应不同。当暴露在高温下，底层会收缩。表层遇热会膨胀。银纳米线图案嵌在聚合物的膨胀层中。该模式包括多个引点，研究人员可以在这些引点上施加电流。研究人员可以通过对不同的引点施加电流来控制纳米线图案的哪些部分加热，并可以通过施加更多或更少的电流来控制热量。
这篇论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员吴爽说:“我们证明了毛毛虫机器人能够向前拉自己，也能向后推自己。”“一般来说，我们施加的电流越大，它在任何一个方向上移动的速度就越快。然而，我们发现存在一个最佳循环，这给了聚合物时间冷却——有效地让“肌肉”在再次收缩之前放松。如果我们试图让毛毛虫机器人过快地循环，身体在再次收缩之前就没有时间‘放松’，这就损害了它的运动。”
研究人员还证明，毛毛虫机器人的运动可以控制到用户能够将其引导到一个非常低的间隙下——类似于引导机器人从门下滑过。从本质上讲，研究人员可以控制前进和后退的运动，以及机器人在这个过程中的任何一点向上弯曲的高度。
朱说:“这种驱动软体机器人运动的方法非常节能，我们有兴趣探索使这一过程更加高效的方法。”“下一步还包括将这种方法与传感器或其他技术集成到软体机器人运动中，用于各种应用，如搜索和救援设备。”
这张纸。”基于分布式可编程热驱动的毛虫式软爬行机器人发表在开放获取期刊上科学的进步．该论文由北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授尹杰(Jie Yin)共同撰写;北卡罗来纳州立大学博士生洪耀烨;以及北卡罗来纳州立大学博士后研究员赵瑶的研究。
这项工作得到了美国国家科学基金会的支持，资助金额为2122841、2005374和2126072;来自美国国立卫生研究院，资助号为1R01HD108473。
希普曼-
编者须知:研究摘要如下。
基于分布式可编程热驱动的毛毛虫式软爬行机器人
作者:吴爽，洪耀烨，赵瑶，尹杰，朱勇，北卡罗莱纳州立大学
发表: 3月22日科学的进步
DOI: 10.1126 / sciadv.adf8014
文摘:软体机器人的许多灵感都来自自然界，比如章鱼、蛇和毛毛虫。在这里，我们报告了一种受毛毛虫启发的高效节能爬行机器人，具有多种爬行模式，通过对液晶弹性体(LCE)热双晶驱动器中由银纳米线网络组成的图案化软加热器进行焦耳加热实现。通过模式化和分布式加热器和可编程加热，可以实现不同的温度和曲率分布，由于前后端与地面之间的摩擦竞争，可以实现双向运动。研究了热双变形行为，以预测和优化热刺激下机器人的局部曲率。通过实验和有限元分析，研究了机器人的双向驱动方式、爬行速度和通过有限间距障碍物的能力。采用热响应材料的分布式和可编程加热和驱动策略为智能和多功能软机器人提供了新的功能。
