Self-folding “Rollbot” paves the way for fully untethered soft robots

如今，大多数软机器人都依赖外部电源和控制，把它们拴在船外系统上，或者用硬部件装配起来。现在,哈佛大学研究人员约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)和加州理工学院的工程学和应用科学分工已经开发出柔软的机器人系统,受折纸的启发,可以移动和改变形状,以应对外部刺激,完全脱缰的软机器人铺平了道路。

这项研究发表在《科学机器人》杂志上。该团队转向折纸来创造多功能的软机器人。通过顺序折叠，折纸可以在一个结构中编码多个形状和功能。研究小组使用了一种被称为液晶弹性体的材料，这种材料在受热时会改变形状，他们用3d技术打印了两种软铰链，它们可以在不同的温度下折叠，因此可以按照特定的顺序折叠。

“使用铰链可以更容易地编程机器人的功能和控制机器人将如何改变形状。而不是整个身体软机器人变形的方式很难预测,您只需要程序几个小区域的结构将如何应对温度变化,”康纳麦克马汉说,加州理工学院的研究生和co-first该论文的作者之一。

"采用3D打印主动铰链的方法，对温度响应、铰链所能产生的扭矩、铰链的弯曲角度和折叠方向具有完全的可编程性。"说:“我们的制造方法有助于将这些活性成分与其他材料整合在一起。

为了演示这种方法，该团队构建了几个软设备，包括一个名为"Rollbot的无栓软机器人。"滚轴机器人一开始是一个平板，大约8厘米长，4厘米宽。当机器人被放置在200摄氏度左右的高温表面时，一组铰链会折叠起来，机器人就会卷曲成一个五边形的轮子。

另一组铰链嵌在车轮的五个侧面。铰链在与热表面接触时发生折叠，推动车轮转向下一侧，在那里下一个铰链发生折叠。当他们滚出热表面，铰链展开，并准备下一个周期。

这项工作演示了如何将反应性聚合物组合到一个结构复合材料中，从而使材料在不同的刺激下产生自驱动。加州理工学院机械工程和应用物理学教授、该研究的联合首席作者Chiara Daraio说，未来，这种材料可以被编程来执行更加复杂的任务，模糊了材料和机器人之间的界限。

现有的许多软机器人需要与外部电源和控制系统相连接，或者受到它们所能施加的力的限制。"说，这些活动铰链非常有用，因为它们可以让软机器人在绳索不实用的环境中工作，并能举起比铰链重很多倍的物体。

另一种设备，当放置在炎热的环境下，可以折叠成一个紧凑的形状，像一个回形针，并展开自己的冷却。

这些无栓结构可以被动控制，Kotikian说。换句话说，我们所需要做的就是将这些结构暴露在特定的温度环境中，它们将根据我们对铰链的编程方式做出反应

虽然这项研究只关注温度响应，液晶弹性体也可以编程响应光、pH值、湿度和其他外部刺激。

该项研究的联合首席作者、海洋生物工程教授詹妮弗·a·刘易斯(Jennifer A. Lewis)说，将活性材料集成到3d打印物体中的能力，使设计和制造全新类别的软机械物质成为可能。

这篇关于科学机器人的论文是由哈佛大学的Emily C. Davidson、Jalilah M. Muhammad和Robert D. Weeks共同撰写的。它由陆军研究办公室、哈佛材料研究科学与工程中心通过国家科学基金会和美国宇航局空间技术研究奖学金资助。