北卡羅來納州立大學設計出一種仿毛毛蟲機器人

軟機器人廣泛應用于生物醫(yī)學工程、手術(shù)輔助、主動假肢、偽裝和感知技術(shù)等領域。研究人員一直在探索如何使用各種外界刺激對軟機器人實現(xiàn)驅(qū)動，包括壓力、熱量、電場、磁場和化學勢。

自然界中的毛毛蟲在向前運動時，固定前部的同時收縮后部，使尾部向前移動，毛毛蟲后部產(chǎn)生一個特征性的隆起。固定后部的同時釋放隆起，使整個軀體變平，實現(xiàn)向前移動，反向運動時則相反。實現(xiàn)雙向運動的關(guān)鍵是控制身體彎曲。

近日，北卡羅來納州立大學朱勇教授團隊受毛毛蟲啟發(fā)，設計并制造了一種模仿毛毛蟲、具有雙向運動能力的高效爬行機器人。該機器人的運動行為是基于液晶彈性體熱雙晶制動器中銀納米線網(wǎng)絡組成的圖案化柔性加熱器的焦耳熱效應。通過設計銀納米線加熱圖案的焦耳熱效應，可實現(xiàn)對不同制動模式的控制。作者表征了爬行機器人在正向和反向運動中的性能，并展示了其通過狹窄縫隙的能力。還通過試驗和有限元分析研究了機器人的運動模式、爬行速度和通過狹窄間隙的能力。機器人的運動原理是通過設計加熱模式和可編程加熱，實現(xiàn)不同的溫度和曲率分布，從而引起前端和后端與地面之間的摩擦差異。

該研究以Caterpillarinspiredsoftcrawling robotwithdistributed programmablethermal actuation為題發(fā)表在ScienceAdvances上。