工程师开发出无电子软体机器人，可监测水质状况

杜克大学的一组工程师开发了一种新的无电子软体机器人，这种机器人可能在未来发挥重要作用，监测环境状况。这种机器人形状像蜻蜓，可以在水面上滑行，同时对环境条件（如pH值、温度和油的存在）做出反应。

这种新型的原理验证是在3月25日的《高级智能系统》期刊中详细介绍的。

软体机器人继续进步和改进，并且由于其多功能性而变得越来越重要。它们能够处理易碎的物体，如生物组织，并且可以比其他刚性机器人更好地适应狭小的空间。

Shyni Varghee是这一想法的提出者，她是杜克大学生物医学工程、机械工程和材料科学以及骨科手术的教授。

Vardham Kumas是Varghese实验室的博士生，也是论文的第一作者。

“我从机场收到了Shyni的电子邮件，她说她有一个使用自愈性水凝胶的软体机器人的想法，这种水凝胶是她团队以前发明的，可以自主反应和移动，”Kumar说。“但是那只是电子邮件的内容，我几天都没有再收到她的消息。所以这个想法就这样悬而未决，直到我有足够的空闲时间去追求它，Shyni说去做吧。”

自愈性水凝胶

2012年，Varghese的实验室开发了一种可以在几秒钟内对pH值变化做出反应的自愈性水凝胶。酸度的变化会在水凝胶上形成新的键合，这种键合可以在pH值恢复到原始水平时逆转。

Varghese的新想法的一部分是使用这种水凝胶来使软体机器人能够在水面上行进，同时检测不同位置的pH值变化。她寻找了一种方法，使实验室能够开发出这种可以像自主环境传感器一样工作的机器人。

在Ung Hyun Ko的帮助下，Kumar设计了一种基于苍蝇的软体机器人。经过多次尝试，团队决定采用蜻蜓的形状，并使用空气压力控制它。机器人的身体长约2.25英寸，翼展约1.4英寸。它是通过将硅胶倒入铝模中然后烘烤而成的。软光刻技术被用来创建内部通道，这些通道通过硅胶管连接起来。

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DraBot

所得到的软体机器人被称为DraBot。

“让DraBot对空气压力控制做出反应，并且不使用任何电子元件，这是很困难的，”Ko说。“这是最具挑战性的部分。”

DraBot控制进入其翅膀的空气压力，然后通过微通道将空气带入前翅。它然后通过后翅上的孔逸出。如果两个后翅都向下，DraBot不会移动。但是，如果两个翅膀都向上，它就会向前移动。

团队还开发了气球执行器，以获得更好的控制，这些执行器位于机器人身体下方的每个后翅附近。当这些执行器膨胀时，翅膀会向上卷曲，研究人员可以通过改变哪些翅膀向上或向下来控制机器人移动到哪里。

“我们很高兴能够控制DraBot，但是它是基于活体的，”Kumar说。“活体不仅仅是自己移动，它们还对环境做出反应。”

团队利用自愈性水凝胶，将其涂在一组翅膀上，使DraBot能够对水的pH值变化做出反应。如果水太酸，一侧的前翅会与后翅融合，导致机器人以圆圈形移动。 当pH值恢复到正常水平时，水凝胶会逆转，翅膀再次分离，DraBot能够完全响应命令。

研究人员还添加了对温度做出反应的材料，使DraBot能够在水面上滑行并用海绵吸收油。海绵的颜色会根据油的颜色变化，当水太温暖时，机器人的翅膀也会改变颜色。

这些新发展可能有助于解决未来的环境问题。例如，这种机器人可以检测淡水酸化，这会影响各种地质敏感区域。它还可以帮助早期检测油泄漏或检测红潮和珊瑚白化的早期迹象。