扭曲的软机器人在没有人类或计算机指导的情况下导航迷宫

北卡罗来纳州立大学和宾夕法尼亚大学的研究人员已经开发出能够在迷宫等复杂环境中导航的软机器人，而无需人类或计算机软件的输入。

“这些软机器人展示了一个称为‘物理智能’的概念，这意味着结构设计和智能材料使软机器人能够在各种情况下导航，而不是计算智能，”该论文的通讯作者 Jie Yin 说以及北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程副教授。

软机器人由液晶弹性体制成，呈扭曲带状，类似于半透明的rotini。当您将色带放在温度至少为 55 摄氏度(131 华氏度)的表面上时，该表面比周围空气更热，色带接触表面的部分会收缩，而暴露在空气中的部分会收缩不是。这会在色带中引起滚动运动。表面温度越高，它滚动的速度就越快。

“这在以前用光滑的杆完成过，但这种形状有一个缺点——当它遇到一个物体时，它只是在原地旋转，”尹说。“我们制作的扭带状软机器人能够在没有任何人或计算机干预的情况下越过这些障碍。”

丝带机器人通过两种方式做到这一点。首先，如果丝带的一端遇到物体，丝带会稍微旋转以绕过障碍物。其次，如果机器人的中央部分遇到一个物体，它就会“折断”。快速释放存储的变形能量会导致色带略微跳跃并在着陆前重新定向。丝带可能需要多次折断，才能找到允许越过障碍物的方向，但最终它总能找到一条清晰的前进路径。

“从这个意义上说，它很像许多人在家中使用的机器人吸尘器，”尹说。“除了我们创造的软机器人从其环境中汲取能量并且无需任何计算机编程即可运行。”

Credit: Yin Lab@NCSU

“允许机器人越过障碍物的两个动作，旋转和捕捉，在梯度上运行，”该论文的第一作者和北卡罗来纳州立大学的博士后研究员姚兆说。“如果一个物体接触到丝带的中心，就会发生最强大的啪啪声。但是如果一个物体接触到远离中心的丝带，丝带仍然会啪啪作响，只是力量较小。离中心越远，丝带就越不明显按扣，直到您到达丝带长度的最后五分之一，这根本不会产生按扣。”

研究人员进行了多项实验，证明这种带状软机器人能够在各种迷宫般的环境中导航。研究人员还证明，软机器人可以在沙漠环境中很好地工作，表明它们能够爬上和下坡松散的沙子。

“这很有趣，而且看起来很有趣，但更重要的是，它为我们如何设计能够从自然环境中收集热能并自主协商复杂、非结构化环境(如道路和恶劣的沙漠)的软机器人提供了新的见解，”尹说。

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