工程人员实现让软体机器人运动的一种新方法

工程人员实现让软体机器人运动的一种新方法"毛毛虫的运动是由其身体的局部曲率控制的--当它把自己往前拉的时候，它的身体曲线与它把自己往后推的时候不同，"关于这项工作的一篇论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系安德鲁-亚当斯特聘教授朱勇说。"我们从毛虫的生物力学中获得灵感，模仿这种局部曲率，并使用纳米线加热器来控制毛虫机器人的类似曲率和运动。朱说："设计能够在两个不同方向上移动的软体机器人是软体机器人技术的一个重大挑战。嵌入式纳米线加热器使我们能够以两种方式控制机器人的运动。我们可以通过控制软体机器人中的加热模式来控制机器人的哪些部分弯曲。而且我们可以通过控制施加的热量来控制这些部分弯曲的程度。"毛毛虫机器人由两层聚合物组成，它们在受热时反应不同。底层在受热时收缩，或者说收缩。顶层在受热时膨胀。一个银纳米线的图案被嵌入膨胀的聚合物层中。该图案包括研究人员可以施加电流的多个引线点。研究人员可以通过向不同的引出点施加电流来控制纳米线图案的哪些部分发热，并且可以通过施加更多或更少的电流来控制发热量。"我们证明了毛毛虫机器人能够将自己向前拉，并将自己向后推，"该论文的第一作者、北卡罗来纳州的博士后研究员ShuangWu说。"一般来说，应用的电流越大，它在任何一个方向上的移动速度就越快。然而，我们发现有一个最佳周期，它给了聚合物冷却的时间--有效地让'肌肉'在再次收缩之前放松。如果我们试图让毛毛虫机器人循环得太快，身体在再次收缩之前没有时间'放松'，这就损害了它的运动。"研究人员还证明，毛毛虫机器人的运动可以被控制，以至于用户能够将其引导到一个非常低的缝隙下--类似于引导机器人滑到门下。从本质上讲，研究人员可以控制向前和向后的运动，以及机器人在该过程中的任何一点向上弯曲的高度。"这种在软体机器人中驱动运动的方法是高度节能的，我们有兴趣探索如何使这个过程更加有效，"朱说。"接下来的其他步骤包括将这种软体机器人运动的方法与传感器或其他技术相结合，以用于各种应用--如搜索和救援设备。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358717.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358717.htm

仿生学启发设计的柔软的毛毛虫机器人利用折纸的力量移动身体

仿生学启发设计的柔软的毛毛虫机器人利用折纸的力量移动身体访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN正如我们最近看到的其他蛇形机器人一样，它（或它的后代）有朝一日可能会被用于搜索被困在灾难现场废墟下的幸存者，甚至可能用于探索其他星球的表面。它的模块化机身由一排磁性连接的分段组成。必要时，这些部分可以相互分离，并作为一个协作"蜂群"四处移动。不过，在大多数应用中，它们还是会像毛毛虫一样连在一起。每个圆柱形部件的PET（聚对苯二甲酸乙二酯）表皮都采用了克瑞斯林式折纸图案。简而言之，这种折纸图案由多个对角折痕组成，可使圆柱段向下扭转成扁平圆盘状，然后再膨胀成圆柱状。每条折线上都有由液晶弹性体和聚酰亚胺组成的薄"控制条"，这两种材料上都覆盖着一条与电源相连的银纳米线。向纳米线网络施加电流会使其发热，进而加热控制条。液晶弹性体条对热量的反应是收缩，而聚酰亚胺条则同时膨胀。这种沿折叠线的不对称组合反应使膜段向下扭曲成圆盘状。当电流关闭时，薄膜又会膨胀成圆柱体。以这种方式依次激活所有区段，机器人就可以向前或向后移动。也就是说，纳米线"加热器"带可以只在片段的一侧激活。这将导致该段仅在这一侧收缩。如果以这种方式触发了相邻的几个节段，Robotopillar的身体就会向那个方向弯曲和移动。科学家们目前正在努力提高机器人的速度并改进其转向性能。由普林斯顿大学博士后研究员赵拓领导的研究论文最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。您可以在Vimeo上观看机器直立人的行动。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430338.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430338.htm

人工肌肉首次弯曲：铁电聚合物在机器人领域的创新

人工肌肉首次弯曲：铁电聚合物在机器人领域的创新图为由焦耳加热驱动的铁电聚合物的驱动力机械应变，即材料在受力时如何改变形状，是执行器的一个重要属性，执行器是指在施加电能等外力时将改变或变形的任何材料。传统上，这些执行器材料是刚性的，但软性执行器，如铁电聚合物，显示出更高的灵活性和环境适应性。研究表明，铁电聚合物纳米复合材料有可能克服传统压电聚合物复合材料的局限性，为开发具有更强应变性能和机械能量密度的软执行器提供了一条有希望的途径。由于软执行器的强度、功率和灵活性，机器人研究人员对其特别感兴趣。宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系教授、最近发表在《自然-材料》杂志上的研究报告的共同通讯作者QingWang说："我们现在有可能拥有一种软体机器人，我们称之为人工肌肉。这将使我们能够拥有软性物质，除了大的应变外，还能承载高负荷。因此，这种材料就会更多地模仿人类肌肉，一种接近人类肌肉的材料。"然而，在这些材料能够实现其承诺之前，还有一些障碍需要克服，研究报告中提出了解决这些障碍的潜在方案。铁电体是一类材料，当施加外部电荷，材料中的正负电荷走向不同的极点时，会表现出自发的电极化。这些材料在相变过程中的应变，在这种情况下，将电能转换为机械能，可以完全改变其形状等属性，使其成为有用的执行器。铁电致动器的一个常见应用是喷墨打印机，电荷改变致动器的形状，以精确控制在纸上沉积墨水的微小喷嘴，形成文字和图像。虽然许多铁电材料是陶瓷，但它们也可以是聚合物，这是一类由许多类似单元粘合在一起的天然和合成材料。例如，DNA是一种聚合物，尼龙也是如此。铁电聚合物的一个优点是它们表现出驱动所需的大量电场诱导的应变。这种应变远远高于其他用于执行器的铁电材料所产生的应变，如陶瓷。铁电材料的这一特性，以及高度的灵活性、与其他铁电材料相比成本的降低和低重量，对日益增长的软体机器人领域的研究人员有着极大的兴趣，软体机器人是指具有柔性部件和电子器件的机器人设计。Wang说："在这项研究中，我们为软材料驱动领域的两个主要挑战提出了解决方案。一个是如何提高软材料的力。我们知道作为聚合物的软驱动材料具有最大的应变能力，但与压电陶瓷相比，它们产生的力要小得多。"第二个挑战是，铁电聚合物致动器通常需要一个非常高的驱动场，这是一个在系统中施加变化的力，例如致动器的形状变化。在这种情况下，高驱动场对于在聚合物中产生成为致动器所需的铁电反应的形状变化是必要的。为改善铁电聚合物的性能而提出的解决方案是开发一种渗流式铁电聚合物纳米复合材料--一种附着在聚合物上的微观贴纸。通过将纳米颗粒纳入一种聚合物--聚偏二氟乙烯，研究人员在聚合物内创建了一个相互连接的极点网络。这个网络使铁电相变能够在比通常所需的低得多的电场下被诱导出来。这是通过使用焦耳加热的电热方法实现的，当电流通过导体时，会产生热量。使用焦耳加热来诱导纳米复合聚合物的相变，结果只需要不到铁电相变通常需要的电场强度的10%。通常情况下，铁电材料中的这种应变和力是相互关联的，呈反比关系。现在研究人员可以把它们整合到一种材料中，利用焦耳加热来驱动它。由于驱动场要低得多，不到10%，这就是为什么这种新材料可以用于许多需要低驱动场才能有效的应用，如医疗设备、光学设备和软机器人。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369773.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369773.htm

受穿山甲启发的微型机器人可以治疗内出血

受穿山甲启发的微型机器人可以治疗内出血在研究员MetinSitti的带领下，该团队设计了一款长2厘米（0.8英寸）、宽1厘米（0.4英寸）的微型机器人，具有重叠的鳞片，可以根据需要移动、滚动和加热。它有一个软质聚合物层，上面镶嵌着磁性颗粒，还有一个硬质顶层，其特点是重叠的铝制“鳞片”。当机器人暴露在低频磁场中时，研究人员可以操纵它卷起并四处移动。当卷起时，该设备可以将药物等颗粒输送到体内的目标部位。然后，当暴露在高频磁场中时，它可以加热到70°C(158°F)以上。在这个温度下，可以用来治疗内出血、清除肿瘤组织和治疗血栓。使不受束缚的机器人设备能够移动和加热的结构图Soon，R等人/(CCBY4.0)虽然这并不是科学家们第一次转向大自然来开发微型机器人，但他们已经开发出了这种受毛毛虫启发的设备和一个以七鳃鳗为模型的设备。但这款机器人的特别之处在于，由硬质元件制成但仍可以自由移动的不受束缚的机器人非常罕见，并且为棘手的内部治疗和手术带来了巨大的希望。在实验室测试中，这种类似穿山甲的装置能够在不损坏软组织的情况下移动，然后通过覆盖出血处并加热来阻止血液流动。该研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366635.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366635.htm

毒液的起源：毛毛虫毒液可追溯到细菌

毒液的起源：毛毛虫毒液可追溯到细菌沃克博士说："我们惊讶地发现，asp毛虫的毒液与我们以前在昆虫身上看到的毒液完全不同。当我们更仔细地观察它时，我们看到了与一些让人生病的细菌毒素非常相似的蛋白质"。这些细菌毒素附着在细胞表面，组装成甜甜圈状结构，并在此过程中形成孔洞。沃克博士说："这与箱水母毒液的机制相似，我们现在发现毛毛虫毒液也是如此。这些毛毛虫体内的毒液是通过4亿多年前细菌基因的转移进化而来的。"昆士兰大学分子生物科学研究所的研究人员发现，阿斯巴毛虫毒液中的毒素在细胞中穿孔的方式与大肠杆菌和沙门氏菌等致病细菌产生的毒素相同。绒蛾科（Megalopygeopercularis，一种蛾类的幼虫）原产于北美洲，通常在橡树或榆树上发现。它可能看起来无害，但它长长的毛发状刚毛中隐藏着毒刺，这种毒刺会给人带来剧烈的刺痛，就像触碰燃烧的煤炭或钝器造成的创伤一样--通常会把受害者送进医院。D.Walker说："许多毛毛虫都发展出了对付捕食者的复杂防御机制，包括氰化物液滴和能引起剧痛的防御性胶水，我们很想了解它们之间的关系。毒液是新分子的丰富来源，可以开发成未来的药物、杀虫剂或用作科学工具。IMB对蛇和蜘蛛毒液的研究已经证明了其惊人的潜力，但对毛毛虫毒液的研究尤其不足。能在细胞中穿孔的毒素因其进入细胞的能力而在给药方面具有特殊的潜力。也许有办法对分子进行设计，使有益的药物靶向健康细胞，或选择性地杀死癌细胞"。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1374825.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1374825.htm

机器人有朝一日可能会拥有坚韧而又温柔的木质手指

机器人有朝一日可能会拥有坚韧而又温柔的木质手指在陈瑞清助理教授的领导下，新加坡国立大学的研究人员与中国东北林业大学的同事合作，利用木材结合了两者的最佳特点。科学家们从0.5毫米厚的加拿大枫树条开始，他们用氯化钠处理，以去除所有的木质素（一种有机聚合物，构成了木材细胞壁的大部分）。然后，他们用一种被称为聚吡咯的聚合物来填充缺失的木质素留下的孔隙，这种聚合物善于吸收热量和光线。接下来，在每条木条的一侧涂上一层镍基吸水凝胶，而在另一侧涂上一层疏水（拒水）薄膜。最后，这些条带被放置在加热的模具中，并被塑造成弯曲的"手指"。然后这些手指被整合到一个机器人的手上，也就是抓手。当附属物被放置在相对湿度为95%的环境中时，其底部的凝胶因吸收水蒸气而膨胀，导致它们向外弯曲。然而，当它们被放置在一个加热到70ºC（158ºF）以上的环境中时，水从凝胶中蒸发-这导致它收缩，反过来导致手指向内关闭。同样，当凝胶通过暴露在强光源下被加热时，它也会收缩并导致手指闭合。陈瑞青助教（中）与团队成员瞿浩先生（左）和白璐璐女士（右）新加坡国立大学尽管这些附属物可能会在某些时候着火，但它们能够在170ºC（338ºF）的环境温度下举起200克（7盎司）的重量而不被烧毁。"我们的木制机器人抓手可以自发地伸展和弯曲，以应对水分、热和光的刺激，"Ching说。"它还具有良好的机械性能，能够进行复杂的变形，工作温度范围广，制造成本低，并且具有生物相容性。这些独特的特点使它有别于传统的替代品。"当然，人们可能会想知道，如何能使该抓手按指令打开和关闭，而不是不受控制地对其环境作出反应。"木制机器人抓手的抓取和释放可以通过设计一些装置和辅助设备来实现，"Ching告诉我们。"例如，可以在木材上添加一些导线，在外部电压下完成弯曲致动，以加热导线；或者在木材抓手附近放置一个加热板，以驱动其弯曲；还可以使用激光/白炽灯照射木材表面，以产生热量来控制弯曲和抓取；我们还可以在木材周围/表面喷水，使其伸展开来释放物体。"这项研究在发表于《先进材料》杂志的一篇论文中进行了描述。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368161.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368161.htm