芝加哥大学物理学家开发具有液体和固体特性的模块化机器人

鱼群、蜂群和椋鸟的低语在自然界中表现出蜂拥而至的行为，像液体一样同步、变形地流动。从流体力学的角度来看，像芝加哥大学Sewell Avery物理学杰出服务教授Heinrich Jaeger和James Franck Institute以及James Franck Institute的科学家Baudouin Saintyves这样的物理学家对蜂群特别感兴趣，他们将物理学原理应用于模块化、自适应机器人的开发。

蜂群能够像液体一样流动，在没有领导者的情况下协同行动，并对环境做出反应，这激发了 Saintyves 和 Jaeger 的最新创作，他们称之为“Granulobot”。它可以分裂、重组和重组以适应其环境。根据其配置，它可以像刚性固体或流动的液体一样工作。

该团队表示，聚合系统“模糊了软机器人、模块化机器人和群体机器人之间的区别”。

该原型是与芝加哥伊利诺伊理工学院机械与航空航天工程系教授Matthew Spenko合作开发的，在《科学机器人》上发表的一篇论文中进行了描述。

软体机器

“颗粒机器人”是一组简单的圆柱形齿轮状单元，配有两个可以绕圆柱体轴旋转的磁铁。一块磁铁自由旋转，而电池供电的电机驱动另一块磁铁。这种设计允许各个单元以磁性方式连接，一旦耦合，就会推动它们的邻居并使它们旋转。每个单元之间的接触将聚合体作为一个整体移动，就像一个群体一样。

“软机器人领域对于机器人与人类交互的应用特别感兴趣，”Jaeger说。“你不希望人们受到伤害。”然而，软机器人的必要性超出了安全性，还包括适用性。Jaeger说，一个可以改变形状的机器人可以爬进“角落和缝隙”，或者管理不确定的地形，例如，这两者都可用于搜索和救援。

对于改变形状和执行不同功能的机器人来说，它在刚性和柔软之间可预测和可逆地波动的能力是关键。颗粒材料具有使这种转变成为可能的固有特性。这类材料可以根据接触而不是温度在液体和固体行为之间过渡。

这种转变是由一种称为干扰的现象引起的，当无序、混沌系统中的粒子靠得太近以至于它们相互推挤并且它们的流动停止时，就会发生这种情况。凝聚态物理学家耶格尔（Jaeger）描述了在高速公路上行驶的情况：有时你正在巡航，但有时你撞上了碰的汽车，交通就会停下来。Jaeger 说，当这种情况发生在颗粒材料中时，“这本质上是一场严重的交通拥堵。

用一块真空密封的咖啡可以看到卡住：打破密封，咖啡渣可以倒出来。研磨咖啡在这方面效果非常好，以至于 Jaeger 用它来制造一种柔软的机器人抓手，无论物体的形状如何，它都可以抓取和握住物体。