扭曲机器人在无人和软件的情况下导航复杂迷宫

北卡罗来纳州立大学和宾夕法尼亚大学的研究人员团队开发了软机器人，可以在没有人类干预或计算机软件的情况下导航复杂环境。

题为“Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments”的论文发表在了美国国家科学院院刊上。

展示物理智能

Jie Yin 是该研究论文的通讯作者，也是 NC State 机械和航空工程系的副教授。

“这些软机器人展示了一种称为 ‘物理智能’ 的概念，这意味着结构设计和智能材料使软机器人能够导航各种情况，而不是计算智能，” Yin 说。

软机器人由液晶弹性体制成，呈扭曲的丝带形状。当丝带放在至少 55 度 Celsius 的表面上时，丝带与表面接触的部分收缩。与此同时，暴露在空气中的丝带部分保持不变。这导致滚动运动，当表面变暖时，机器人滚动得更快。

“以前已经用光滑的棒状物做过类似的事情，但这种形状有一个缺点 — 当它遇到物体时，它只是原地旋转，” Yin 说。“我们制作的扭曲丝带形状的软机器人能够在没有人类或计算机干预的情况下克服这些障碍。”

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实现无软件导航

机器人能够以两种方式完成此操作。当丝带的一端遇到物体时，它会稍微旋转以绕过障碍。当机器人的中心部分遇到物体时，它会“弹跳”，这是快速释放存储的变形能量，导致丝带跳动并在着陆前重新定向。丝带可以多次弹跳，直到找到正确的方向，才能绕过障碍。

“在这个意义上，它与许多人在家中使用的机器人吸尘器类似，” Yin 说。“除了我们创造的软机器人从环境中获取能量，并且在没有任何计算机编程的情况下运行。”

Yao Zhao 是论文的第一作者，也是 NC State 的博士后研究员。

“使机器人能够克服障碍的两个动作，旋转和弹跳，都是基于梯度的，” Zhao 说。“最强的弹跳发生在物体触摸丝带中心时。但是，如果物体触摸离中心较远的丝带，它仍然会弹跳，只是力度较小。并且，离中心越远，弹跳的力度越小，直到丝带的最后五分之一长度，不会产生弹跳。”

研究人员团队进行了多次实验，展示了丝带状机器人如何导航各种迷宫环境。他们还证明了软机器人在沙漠环境中可以有效工作，因为它们可以攀爬和下降松散沙子的斜坡。

“这很有趣，也很有趣，但更重要的是，它为我们提供了新的见解，告诉我们如何设计软机器人，使其能够从自然环境中收集热能，并自主地导航复杂、无结构的环境，例如道路和严酷的沙漠，” Yin 说。

该论文的共同作者还包括 NC State 的博士生 Yinding Chi、Yaoye Hong 和 Yanbin Li，以及宾夕法尼亚大学的材料科学和工程教授 Shu Yang。