软体机器人取得重大进展，我们距离完全无线软体机器人更近了一步

哈佛约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）和加州理工学院的研究人员开发了新的软体机器人系统，灵感来自折纸。这些新系统能够对外部刺激做出反应并改变形状。这些进展使我们更接近拥有完全无线软体机器人。目前我们拥有的软体机器人需要外部电源和控制。因此，它们必须连接到具有硬件组件的外部系统。

该研究发表在《机器人科学》杂志上。哈佛SEAS的汉斯约格·威斯生物启发工程教授詹妮弗·A·刘易斯是研究的共同首席作者，她谈到了这些新进展。

“在3D打印对象中集成活性材料的能力使我们能够设计和制造全新的软体机器人材料，”她说。

研究人员使用折纸作为模型来创建多功能软体机器人。折纸通过顺序折叠，可以改变形状和功能，同时保持单一结构。研究团队使用了液晶弹性体，当暴露在热量下时可以改变形状。他们使用3D打印技术获得了两种类型的软体铰链。这些铰链根据温度折叠，可以被编程为按照特定顺序折叠。

阿达·科蒂坎是SEAS和哈佛艺术与科学研究生院的研究生，也是论文的共同第一作者。

“使用我们的3D打印活性铰链方法，我们可以完全控制温度响应、铰链可以施加的扭矩、弯曲角度和折叠方向。我们的制造方法可以方便地将这些活性组件与其他材料集成，”她说。

康纳·麦克马洪是加州理工学院的研究生，也是论文的共同第一作者。

“使用铰链使得编程机器人功能和控制机器人形状变化变得更容易。与其让整个软体机器人以难以预测的方式变形，你只需要编程几个小区域如何响应温度变化，”他说。

研究人员制造了多个软体设备。其中一个设备是一种名为“滚动机器人”的无线软体机器人。它最初是一个8厘米长、4厘米宽的平板。 当它接触到大约200°C的热表面时，一组铰链折叠并将机器人塑造成五边形车轮。

在车轮的五个侧面，每个侧面都有更多的铰链，当接触到热表面时会折叠。

“许多现有的软体机器人需要外部电源和控制系统，或者受到其能够施加的力度限制。这些活性铰链很有用，因为它们允许软体机器人在无法使用外部电源和控制系统的环境中运行，并且能够抬起远远重于铰链本身的物体，”麦克马洪说。

这项研究仅关注温度响应。在未来，液晶弹性体将被进一步研究，因为它们也能够对光、pH值、湿度和其他外部刺激做出反应。

“这项工作展示了如何将响应性聚合物与构架化复合材料相结合，创建能够对不同刺激做出自主反应的材料。在未来，这样的材料可以被编程执行更加复杂的任务，模糊材料和机器人之间的界限，”加州理工学院机械工程和应用物理教授基亚拉·达拉奥说，她也是研究的共同首席作者。

该研究还包括共同作者艾米丽·C·戴维森、贾利拉·M·穆罕默德和罗伯特·D·威克斯。该工作得到了美国陆军研究办公室、哈佛材料研究科学和工程中心通过国家科学基金会以及NASA空间技术研究奖学金的支持。