自主爬行环机器人在狭窄的缝隙中穿行

机器人的见解

• 研究人员开发了一种ringbot，当暴露在高温或红外光下时，它能够在表面上拖动小载荷。
• 研究人员还演示了戒指机器人如何适应其身体形状，以挤过比戒指机器人直径窄30%以上的狭窄空间，这可能使它适用于敏感应用和情况。

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北卡罗莱纳州立大学的研究人员创造了一个环形的软体机器人当暴露在高温或红外光下时，能够在表面上爬行。研究人员已经证明，这些“环形机器人”能够在环境空气或水下将小载荷拉过表面，并通过比其环形尺寸更窄的间隙。

机器人戒指是由液晶弹性体制成的环状缎带形状，类似于手镯。当你把戒指机器人放在至少55°C(比环境空气热)的表面上时，接触表面的缎带部分会收缩，而暴露在空气中的缎带部分不会收缩。这就导致了缎带的滚动运动。

同样，当研究人员用红外光照射戒指机器人时，暴露在光下的部分丝带收缩，而被屏蔽的部分则不会收缩。这也引起了丝带的滚动运动。

在实际应用中，这意味着当被放置在热表面上时，爬行ringbot会从下往上移动。但当暴露在红外光下时，这种运动是从上到下的。

驱动这种连续运动的原因之一是环形机器人是双稳态的，这意味着当它静止时有两种形状。如果丝带开始扭曲，它要么会弹回原来的形状，要么会向前弹回另一个双稳态状态。

想象一个形似丝带的橡胶手镯。如果你把手镯的两端向前折一点，然后松开，它就会弹回原来的形状。但如果你把两端对折得足够远，它就会折起来——实际上就是把手镯从里往外折。

在环形机器人的案例中，“折叠”是通过施加恒定的热量或红外光来完成的，使弹性体收缩和旋转。如果环形机器人是对称的，这基本上会使它在原地跳舞。

“但是通过工程设计环的形状，环的一边是永久扭曲的，结构是不对称的，”一篇关于这项工作的论文的通讯作者、北卡州立大学机械和航空航天工程副教授Jie Yin说。“这意味着环不均匀地暴露在热量或红外光下，这导致软机器人在表面上横向移动。”

当被放在一个热的表面上时，最终的结果是爬行的铃声机器人向前拉自己。但当暴露在红外光下时，爬行的铃声机器人会向前推进。把它想象成前轮驱动和后轮驱动。

在演示中，环形机器人能够拉动小型有效载荷，并在环境空气和水下工作。

研究人员还证明，戒指机器人可以适应自己的体型，通过比戒指机器人直径窄30%以上的狭窄空间。当缝隙太窄，软体机器人无法通过时，它会改变方向，远离缝隙。

“这是一个根本性的进步，而不是为了特定的应用而设计的，”尹建新实验室的博士后研究员姚昭(音译)说。“我们正在展示，当‘物理智能’被设计到材料和结构本身的设计中时，可以实现什么，使其在没有计算输入的情况下移动和导航空间。”

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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