粘糊糊的机器人

在电影《终结者2》中，会变形的T-1000机器人会变成液体，在狭小的空间里挤过去，或者在受到伤害时自我修复。

现在，一种由蜡和泡沫制成的相变材料，能够在硬和软状态之间切换，甚至可以让低成本的机器人完成同样的壮举。

这种材料是由麻省理工学院机械工程和应用数学教授Anette Hosoi和她的前研究生Nadia Cheng以及马克斯普朗克动力学与自组织研究所和石溪大学的研究人员共同开发的，可用于制造可变形的手术机器人。机器人可以在人体中移动，到达一个特定的点，而不会损坏沿途的任何器官或血管。

Hosoi说，用这种材料制造的机器人也可以用于搜索和救援行动，在废墟中寻找幸存者，这篇新论文发表在《高分子材料与工程》杂志上。

跟着那只章鱼

与总部位于马萨诸塞州沃尔瑟姆的机器人公司波士顿动力公司合作。在美国，研究人员开始开发这种材料，作为美国国防高级研究计划局(DARPA)化学机器人计划的一部分。Hosoi说，该机构对一种“软软的”机器人很感兴趣，这种机器人能够挤过狭窄的空间，然后在给定的区域内再次扩张，就像章鱼一样。但她说，如果机器人要执行有意义的任务，它需要能够对周围环境施加合理的力。“你不能只是创造一碗果冻，因为如果果冻必须操纵一个物体，它会简单地变形，而不会对它试图移动的东西施加很大的压力。”

更重要的是，控制一个非常柔软的结构是极其困难的:与刚性机器人相比，预测材料的移动方式和形成的形状要困难得多。

Hosoi说，因此，研究人员决定，制造可变形机器人的唯一方法是开发一种可以在软态和硬态之间切换的材料。“例如，如果你想从一扇门下面挤进去，你应该选择柔软的状态，但如果你想拿起锤子或打开窗户，你至少需要机器的一部分是刚性的，”她说。

可压缩和自修复

为了制造一种能够在柔软和坚硬状态之间转换的材料，研究人员在泡沫结构上涂上了蜡。他们之所以选择泡沫塑料，是因为它可以被压缩成正常尺寸的一小部分，但一旦被释放，就会弹回原来的形状。

与此同时，蜡涂层可以在适度加热的情况下从坚硬的外壳变成柔软的表面。这可以通过在每个涂有涂层的泡沫支柱上绕一根电线，然后施加电流加热并熔化周围的蜡来实现。再次关闭电流将使材料冷却并恢复到其刚性状态。

Hosoi说，除了将材料转换为柔软状态外，以这种方式加热蜡还可以修复所遭受的任何损坏。“这种材料可以自我修复，”她说。“因此，如果你推得太远，导致涂层破裂，你可以加热它，然后冷却它，结构就会恢复到原来的形状。”

为了制造这种材料，研究人员简单地将聚氨酯泡沫放在熔化的蜡浴中。Cheng说，然后他们挤压泡沫以促使其吸收蜡。她说:“许多创新材料可能非常昂贵，但在这种情况下，你可以从工艺品商店购买非常低成本的聚氨酯泡沫和一些蜡。”

为了更详细地研究材料的特性，他们随后使用3d打印机构建了第二个版本的泡沫晶格结构，以便他们仔细控制每个支柱和孔的位置。

Hosoi说，当他们测试这两种材料时，他们发现印刷的晶格比聚氨酯泡沫更易于分析，尽管后者仍然适用于低成本应用。

她补充说，蜡涂层也可以用一种更坚固的材料代替，比如焊料。

Hosoi现在正在研究其他非传统材料在机器人中的应用，比如磁流变和电流变流体。这些材料由液体和悬浮在里面的颗粒组成，并且可以在磁场或电场的作用下从柔软状态切换到坚硬状态。

麻省理工学院(MIT)

www.mit.edu

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