科学家用植物水凝胶制造可导航、可改变形状的微型机器人

科学家用植物水凝胶制造可导航、可改变形状的微型机器人与刚性微型机器人不同，软性微型机器人对组织更友好，因为它们可以轻松通过或挤入生物系统。然而，挑战在于如何制造出能够感知和适应环境的软微型机器人，而且由于它们是异物，不会引发免疫反应。英国滑铁卢大学（UniversityofWaterloo）的研究人员开发了一种生物相容性植物水凝胶，用于制造可导航的微型机器人，这种机器人能够根据外部化学刺激改变形状。该研究的通讯作者哈迈德-沙沙万（HamedShahsavan）说："在我的研究小组中，我们正在连接新与旧。"我们利用水凝胶、液晶和胶体等传统软物质，推出了新兴的微型机器人。"这种微小的软机器人最长只有0.4英寸（1厘米），由先进的水凝胶复合材料制成，其中包括可持续的、植物提取的纤维素纳米颗粒。除了具有生物相容性和无毒性外，这种材料还能自我修复；它可以切割，然后再粘合在一起，无需胶水或其他粘合剂，就能形成不同的形状，用于不同的应用。当受到化学刺激时，水凝胶会改变形状，研究人员可以随意调整纤维素纳米粒子的方向，从而"编程"机器人的形状变化，这对于软体机器人来说是一项重要的能力。研究人员设计并测试了两个具有pH响应的小型机器人。第一个机器人能够在pH值的触发下抓取、转移和释放球形或不规则的软生物货物。第二个机器人可以利用磁场通过远程导航在迷宫中转移轻型货物，如下面滑铁卢工程公司制作的视频所示。完成迷宫后，盐酸会使机器人展开并放下货物。研究人员说，水凝胶的pH响应特性意味着微型机器人有可能用于原生pH值较高的人体器官，并有能力耐受酸性pH环境，如膀胱。研究人员计划改进他们的设计，然后在实际应用中进行测试，包括开发一种机械性能更强的水凝胶配方，以提高承载能力。他们还计划将机器人微型化到纳米级尺寸，以便用于治疗或诊断。这种植物基水凝胶的开发标志着人们不再使用由天然聚合物组成的水凝胶，其中一种天然聚合物是从动物组织中提取的明胶。在最近的另一项研究中，来自新南威尔士大学悉尼分校（UNSW）的研究人员创造了一种实验室制造的水凝胶，这种水凝胶模仿人体组织，具有抗菌和自我修复功能，但不使用动物产品。该研究的第一作者阿什利-阮（AshleyNguyen）说："天然水凝胶在社会中广泛使用，从食品加工到化妆品，但需要从动物身上采集，这就带来了伦理问题。另外，动物提取的材料用于人体也有问题，因为会产生负面的免疫反应"。新南威尔士大学的研究人员转而使用所谓的"色氨酸拉链"（或称Trpzip）来制造水凝胶，Trpzip是含有多个色氨酸的氨基酸短链，可作为拉链促进自组装。新南威尔士大学的Trpzip水凝胶不含动物产品图/新南威尔士大学悉尼分校"我们认为，Trpzip水凝胶和类似材料将为动物源性产品提供更统一、更具成本效益的替代品，"该研究的通讯作者克里斯托弗-基利安（KristopherKilian）说。"如果我们的材料能减少科学研究中使用的动物数量，那将是一个巨大的成果。"滑铁卢大学的研究和新南威尔士大学的研究均发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391889.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391889.htm

受野生燕麦启发的自播生物杂交"机器人种子"

受野生燕麦启发的自播生物杂交"机器人种子"当能量突然释放时，种子尖尖的另一端就会被压入土壤中。然后，沿着果壳外侧的背向绒毛会帮助种子保持稳固。设计所依据的天然野生燕麦种子意大利技术研究所（IIT-ItalianInstituteofTechnology）和德国弗莱堡大学（UniversityofFreiburg）的研究人员试图将这种机制复制到一种可用于输送任何种类种子的装置中。这就是所谓的HybriBot。机器人的核心是种子（和一些肥料），种子被封装在一个由面粉和水制成的模塑胶囊里。胶囊干燥后，它就会被乙基纤维素包裹，这是一种不溶于水的环保型生物聚合物，常用于将肥料控制释放到土壤中。HybriBot没有使用人工合成的姊妹芒，而是使用从真正的野生燕麦种子中提取的真正芒。它还加入了真正的燕麦籽壳毛。整个机器人的重量为60毫克，大约是天然野生燕麦种子重量的三倍。左图为HybriBot的制造材料，包括3D打印的可重复使用的模具、面粉/水面团、野燕麦籽毛和野燕麦籽姊妹芒研究人员告诉我们，虽然生产过程听起来可能相当繁琐和耗时，但自动化机器人装配系统可以快速、低成本地生产出成千上万个装有种子的HybriBots。重要的是，所有材料都可以在环境中生物降解，而且对任何可能食用它们的动物都无毒。在目前进行的测试中，机器人已成功地将番茄、菊苣和柳叶菜等植物的种子送入盆栽土、粘土和沙子中。希望该技术得到进一步开发后，能应用于农业和林业领域。由印度理工学院的芭芭拉-马佐莱（BarbaraMazzolai）和伊莎贝拉-菲奥雷罗（IsabellaFiorello）领导的这项研究的论文最近发表在《先进材料》（AdvancedMaterials）杂志上。您可以在下面的视频中看到HybriBots的工作情况。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431813.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431813.htm

新颖的智能织物可以实现通过热和电来改变颜色和形状

新颖的智能织物可以实现通过热和电来改变颜色和形状到目前为止，研究的重点是SRM如何以一种方式作出反应，或者改变形状或颜色。但是要使SRM成为智能系统（如伪装、仿生学和传感器）真正有效的一部分，它们需要能够对多种刺激作出反应。这就是滑铁卢大学的研究人员介入的地方，他们创造了第一个对多种刺激作出反应而改变颜色和形状的智能织物。研究人员使用类似于传统织布机的设备，将聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和热致变色微胶囊（TMC）织在纬线上，将不锈钢纤维和PET的混纺纱线织在经线上。不锈钢纤维使织物具有电性能，而PET则提供形状记忆。这种智能织物的交织结构意味着它既坚固又有支撑力，同时又像普通织物一样灵活柔软，可以弯曲而不散开。使用吹风机加热织物后，研究人员发现，当温度从68°F（20°C）增加到140°F（60°C）时，织物的颜色均匀地从紫色变为蓝色。当热量被移除时，它迅速恢复到原来的紫色。当用电加热织物时，它产生了同样的颜色变化并改变了形状，当电关闭时又恢复到原来的形状。研究人员可以通过对织物的特定部分通电，有选择地激活该织物。此外，该织物是由低电压（20秒内为5V）激活的，比以前的系统低。研究人员说，较低的电压意味着这种织物可以用于较小的便携式设备，如生物医学设备和环境传感器。该研究的通讯作者MiladKamkar说："通过对环境刺激（如温度）的感知和反应能力，这是一个概念证明，我们的新材料可以与环境互动，监测生态系统而不破坏它们。"鉴于其成本效益--使用的聚合物来自回收的塑料--研究人员认为他们的新型智能织物有很大的前景。Kamkar说："仅作为一种可穿戴材料，它在人工智能、机器人和虚拟现实游戏和体验方面几乎具有无限的潜力。想象一下，在虚拟世界中感受到温暖或一个物理触发器引起更深入的冒险。"研究人员计划改进这种织物的形状记忆，使其适用于机器人领域。这项研究发表在《小》杂志上，下面的视频由滑铁卢大学多尺度材料设计实验室制作，展示了智能材料如何在电和热的作用下改变颜色和形状。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356771.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356771.htm

用于太空旅行的多边变形机器人问世

用于太空旅行的多边变形机器人问世两个Mori模块配对。图片来源：洛桑联邦理工学院EPFL可重构机器人实验室主任杰米·派克表示：“我们的目标是创造一种模块化的折叠机器人，它可以根据面对的环境和任务随意组装和拆卸。”这种名为Mori3的机器人可以改变自身的大小、形状和功能。Mori3机器人的各个模块都是三角形的。这些模块很容易连接在一起，在称为多边形网格的过程中创建不同大小和配置的多边形。研究团队表示，他们已经证明多边形网格是一种可行的机器人策略。为了实现这一目标，该团队必须突破机器人技术的各个方面的界限，包括机械和电子设计、计算机系统和工程。于是，研究人员开发了Mori3机器人，它擅长做机器人能做的三件事：四处移动、处理和搬运物体以及与用户互动。创造模块化和多功能机器人的优势是什么？派克解释说，相互连接以创建关节结构的多边形和多态机器人可以有效地用于各种情况，执行更广泛的任务。目前的航天器在空间上无法为需要执行的每个单独任务配备不同的机器人。研究人员表示，Mori3最大的特点就是它的多功能性，它就是为“上天”而创造的，其设计部分是为了在航天器上使用。未来，团队希望Mori3机器人将用于通信和外部维修。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364971.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364971.htm

科学家展示新技术：可打印的木粉在干燥时形成复杂的形状

科学家展示新技术：可打印的木粉在干燥时形成复杂的形状制作家具等木制物品需要大量的工作，需要对木材进行采伐、处理、切割成型和加工。一些科学家正在重新思考这一过程，并取得了一些有趣的成果，耶路撒冷希伯来大学的研究人员提出了一个特别有创意的例子。该团队的技术是将木质墨水3D打印成平面形状，然后在干燥后变形为更复杂的3D形状。这项技术的关键在于水的含量可以影响木材的形状，例如一棵树在被砍伐后开始变干时的变形。这是由于材料中纤维的配置，它们的方向不同，导致木材在水分蒸发时以非均匀的方式收缩。通过利用这一特性，科学家们能够想出一种方法来仔细操纵这一变形过程，以产生所需的3D形状。本周在美国化学学会的一次会议上介绍这项工作的研究生DoronKam说：“扭曲可能是一个障碍。但我们认为我们可以尝试了解这种现象，并将其驾驭为一种理想的变形。”研究人员取出被描述为“木粉”的木材废料微粒，并与纤维素纳米晶体和木聚糖（在植物中发现的天然粘合剂）混合，以形成一种水基墨水。这种墨水可以被3D打印机挤压成平面形状，线条的方向和打印的速度决定了纤维的排列，并最终决定了干燥的木材将采取的3D形式。打印速度和打印路径可以被编程，以创建扁平的圆盘，变形为类似Pringle的马鞍形物体，或者创建矩形层，在干燥后变形为螺旋形，在顺时针和逆时针方向上扭曲。该团队相信，随着该技术的进一步完善，可以创造出更复杂的形状。科学家们设想在未来创造出像椅子或其他家具一样复杂的物体，这些物体可以作为扁平包装的结构运输，并变形为成品，不需要六角扳手。该团队还在探索这一过程如何被逆转。该项目的主要研究人员之一EranSharon说：“我们希望表明，在某些条件下，当我们想再次改变一个物体的形状时，我们可以使这些元素有反应--例如对湿度的反应。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308059.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308059.htm

以色列开发出3D打印木结构：天然无污染 可用于制造家具

以色列开发出3D打印木结构：天然无污染可用于制造家具据央视新闻报道，以色列希伯来大学的研究人员近日开发出一种3D打印木质结构的新技术，可以让木头变得足够结实，未来可用于制造家具或建筑材料。传统的木制物品通常是通过锯切、雕刻、弯曲或压制等方式制作而成，而这种新技术能够通过3D打印的方式，通过编程自行打造复杂的3D形状。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1315627.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1315627.htm