技術(shù)使用磁鐵 光來控制和重新配置軟機(jī)器人

來自北卡羅來納州立大學(xué)和伊隆大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種技術(shù)，可以讓他們遠(yuǎn)程控制軟機(jī)器人的移動，在需要的時(shí)候?qū)⑺鼈冩i定到位，然后將機(jī)器人重新配置成新的形狀。該技術(shù)依賴于光場和磁場。

“我們對可重構(gòu)性感到特別興奮，”北卡羅來納州立大學(xué)材料科學(xué)與工程教授喬·特雷西說。“通過設(shè)計(jì)材料的屬性，我們可以遠(yuǎn)程控制軟機(jī)器人的運(yùn)動;我們可以讓它保持給定的形狀;然后我們可以將機(jī)器人恢復(fù)到原來的形狀或進(jìn)一步修改它的運(yùn)動;我們可以做從技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)或航空航天應(yīng)用中的實(shí)用性來看，所有這些都是有價(jià)值的。“

對于這項(xiàng)工作，研究人員使用由嵌入磁鐵微粒的聚合物制成的軟機(jī)器人。在正常條件下，材料相對較硬并保持其形狀。然而，研究人員可以使用來自發(fā)光二極管(LED)的光來加熱材料，這使得聚合物變得柔韌。研究人員表示，一旦柔韌，他們就可以通過施加磁場來遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的形狀。在形成所需形狀后，研究人員可以移除LED燈，使機(jī)器人恢復(fù)其原始剛度 - 有效地將形狀鎖定到位。

通過第二次應(yīng)用光并去除磁場，研究人員可以讓軟機(jī)器人恢復(fù)原狀。或者他們可以再次施加光線并操縱磁場來移動機(jī)器人或使它們呈現(xiàn)新的形狀。

在實(shí)驗(yàn)測試中，研究人員證明了軟機(jī)器人可以用來形成“抓取器”來提升和運(yùn)輸物體。軟機(jī)器人也可以用作懸臂，或者折疊成具有向不同方向彎曲的花瓣的“花”。

“我們不僅限于二進(jìn)制配置，例如抓取器是打開還是關(guān)閉，”該論文的第一作者，博士生Jessica Liu說。NC州的學(xué)生。“我們可以控制光線以確保機(jī)器人在任何位置保持其形狀。”

此外，研究人員開發(fā)了一種計(jì)算模型，可用于簡化軟機(jī)器人設(shè)計(jì)過程。該模型允許他們在構(gòu)建原型以完成特定任務(wù)之前微調(diào)機(jī)器人的形狀，聚合物厚度，聚合物中鐵微粒的豐度以及所需磁場的大小和方向。

“接下來的步驟包括針對不同的應(yīng)用優(yōu)化聚合物，”Tracy說。“例如，工程聚合物在不同溫度下響應(yīng)，以滿足特定應(yīng)用的需求。”

該論文“用于軟機(jī)器人的光熱和磁控重組復(fù)合材料復(fù)合材料”出現(xiàn)在Science Advances雜志上。該論文的第一作者是Jessica Liu，博士。NC州的學(xué)生。該論文由NC State的前本科生Jonathan Gillen共同撰寫; Sumeet Mishra，前博士 NC州的學(xué)生; 和本杰明埃文斯，埃隆大學(xué)物理學(xué)副教授。