四维打印的软体机器人可以自组装

由 Cell Press 研究人员开发的新型四维打印软体机器人可以在加热时自组装。它可以执行诸如向上滚动和在不可预测的景观中导航等任务。

管状原型于 9 月 22 日在《Matter》杂志上发表。

魏峰是中国天津大学的材料科学家，也是该论文的首席作者。

“就像带有触角的昆虫一样，机器人可以克服小障碍。但是，当障碍太高时，它会转回去，” 魏峰说。”整个过程是自发的，没有人为干预或控制。”

四维打印的第四维

机器人最初是一个由 3D 打印的液晶弹性体制成的平坦和矩形薄片，这是一种可以拉伸的塑料材料。一旦该薄片下的表面被加热，机器人就会扭曲并形成一个类似于弹簧的管状。这个机器人之所以被称为四维打印，而不是 3D 打印，是因为在外部刺激下形状的变化增加了时间作为第四维。

热表面的接触使机器人在形成管状后产生应变。这反过来又使机器人在一个方向上滚动，驱动力非常强大。事实上，它如此强大，以至于机器人可以爬上 20 度的斜坡或承载其自身重量 40 倍的重量。机器人的速度取决于其长度，较长的机器人滚动速度比较短的机器人快。

测试机器人

研究人员让这些机器人执行任务并展示他们的技能，同时被录制。其中包括不同大小的机器人之间的比赛和一个运载货车的机器人。在这些视频中，机器人还展示了他们如何根据周围环境改变行为。如果机器人遇到具有挑战性的障碍，它可以做出爬上一步或改变方向等事情。

首席作者魏峰对机器人的行为感到惊讶。

“我们通过 4D 打印将液晶弹性体加工成各种形状的样本，并用光、热和电刺激这些样本以观察它们的反应，” 他说。”我们发现了许多有趣的驱动现象，除了变形之外。”

根据研究人员的说法，这些机器人可以在未来用于执行小型和封闭空间中的任务，例如在管道中。它们还可以在极端条件下运行，例如在非常热的表面上。

“我们希望软体机器人不再局限于简单的执行器，它们只能在固定位置改变形状，” 魏峰说。