軟機器人利用濕度梯度來產(chǎn)生信號

萊特-帕特森空軍基地美國空軍研究實驗室的一組研究人員開發(fā)了一種不用電就能產(chǎn)生信號的軟機器人。在他們發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的論文中，研究人員描述了他們對折紙物件的研究，以及它們可能被用作信號設(shè)備和邏輯門。

當然，折紙是一種把紙折成有趣的東西的藝術(shù)。在這項新的努力中，研究人員將這種古老的藝術(shù)形式作為軟機器人的可能構(gòu)件。研究小組使用了聚丙烯薄片代替紙張——它可以從大氣濕度中吸收水分而不失去其主要形態(tài)。然而，當放在潮濕的環(huán)境中，它確實會失去一些硬度。研究人員利用這一現(xiàn)象，將這些薄片用作機械致動器。

他們發(fā)現(xiàn)，如果他們在某些地方彎曲床單，床單會在潮濕的環(huán)境下變平。相反，當暴露在更干燥的空氣中時，床單會再次上升。研究人員指出，這種在不同狀態(tài)之間移動的能力，使紙可以作為觸發(fā)其他類型設(shè)備或機器行動的觸發(fā)器。它還允許僅使用基于環(huán)境條件的聚丙烯在濕度梯度上的表現(xiàn)方式來產(chǎn)生信號。在適當?shù)臈l件下，薄片可以以兩種狀態(tài)存在，平的或直立的，這表明它們可以用作邏輯門。

在測試他們的想法時，研究人員發(fā)現(xiàn)，當把幾張紙連接在一起時，他們可以分享信息，執(zhí)行布爾邏輯，甚至四處移動。他們聲稱，這表明它們廣泛應(yīng)用于各種軟機器人應(yīng)用，其中一些可能包括執(zhí)行通常由基于數(shù)字的機器完成的功能。

由于一些預(yù)期的好處，軟機器人技術(shù)是一個很有前途的領(lǐng)域。人們相信，這種機器人在處理精細物品方面會做得更好。能夠自動執(zhí)行任務(wù)的軟機器人有望提供諸如給空調(diào)系統(tǒng)發(fā)信號或僅根據(jù)濕度水平操縱物體等服務(wù)。

進一步探索

機器人通過連續(xù)的感知-決定-響應(yīng)控制回路，自主地與環(huán)境進行交互。最常見的是，決定步驟發(fā)生在中央處理單元;然而，柔性機器人的剛性電子器件與柔性體之間的剛度不匹配會阻礙柔性機器人系統(tǒng)的集成。我們開發(fā)了一個可編程機械計算的框架嵌入到軟機器人的結(jié)構(gòu)中，可以增強傳統(tǒng)的數(shù)字電子控制方案。以一個折紙水炸彈作為實驗平臺，我們展示了一個1位的機械存儲設(shè)備，它可以根據(jù)時變的環(huán)境信號進行寫入、刪除和重寫。此外，我們證明了在連接的折紙單元之間的機械耦合可用于編程一個機械位的行為，產(chǎn)生諸如和、或和三個輸入多數(shù)門等邏輯門，以及在機械門之間傳輸信號。嵌入式機械學(xué)為增強軟機器人和機器的自主性和智能性提供了一條途徑。