本報訊(記者温才妃)這是個2釐米長、0.3克重、身段柔軟靈活的小玩意兒,能指哪去哪兒、上下陡坡、負載重物、適應各類表面、不懼高温嚴寒……近日,武漢大學動力與機械學院教授薛龍建課題組,研製出一種可精準控制方向和速度、綜合性能極佳的迷你軟體機器人Geca-Robot,預期可在廢墟狹縫、生物體內完成各種複雜作業。相關論文近日發表於《今日材料》。
軟體機器人相較於傳統剛性機器人,往往具有更大的自由度和變形能力,在生產生活、醫療救援等領域具有巨大的應用潛力。然而,小尺寸軟體機器人的足部設計卻很少被注意到,許多機器人甚至缺乏足部設計,從而導致運動過程很難精確控制,運動能力也可能受限。
“我們的研究靈感來源於兩種動物,即壁虎和尺蠖。”據薛龍建介紹,壁虎腳掌上的獨特剛毛結構可以使其在各種地形均能穩定快速運動,這正好可以解決目前小尺寸軟體機器人對運動表面適應性較差的問題。因此,他們嘗試引入仿壁虎腳趾剛毛的足部,讓機器人具有良好的表面適應性。
這個小傢伙有着自己的“腳”和“肌肉”。它以仿壁虎剛毛的微米三稜柱陣列作為“腳”,以交替排列的透明聚二甲基硅氧烷(PDMS)條帶和石墨烯/PDMS複合材料條帶組成“肌肉”。步態則是借鑑了壁虎腳的取向黏附能力和尺蠖前後足交替運動模式。在光照(紫外到紅外光全波段均可)時,前足向前移動;關閉光照時,後足向前移動。交替的開關光照則驅動它不斷向前運動。
除了不打滑、防水、適應極端温度變化等優勢,它還是個“大力士”,可以在負載超過其自重50倍的情況下穩定運動。
研究人員表示,Geca-Robot很適合在狹窄惡劣的環境中作業。例如,可在裂隙和深坑中進行地質勘探,廢墟裂縫中進行搜救和目標定位,甚至藉助可穿透皮膚的紅外光源,在生物器官內或血管中進行藥物遞送或是病灶檢查,應用潛力巨大。