一種柔軟的趨光游泳機器人 使用自持式水凝膠振蕩器構建

加州大學洛杉磯分校(UCLA)和洛杉磯加利福尼亞納米系統(tǒng)研究所的研究人員最近開發(fā)了一種基于自持式水凝膠振蕩器的軟游泳機器人。這種機器人在Science Robotics上發(fā)表的論文中展示，在恒定光輸入下運行，無需電池。

“當我照光上的軟，快速響應性水凝膠柱，我觀察到的支柱開始振蕩光束各處，”郵船召，博士學位 參與研究的學生說。“這對我來說非常有趣，我想知道：恒定輸入怎么能產生間歇性輸出?在什么條件下會發(fā)生振蕩?它是否足夠強大，可以在水中推進和游動，最終導致太陽帆?問題，我繼續(xù)進行系統(tǒng)研究，旨在實現這些目標。“

趙和他的同事開發(fā)了一種由光響應軟凝膠制成的軟振蕩器，它被模壓成柱狀或條狀。當光線照射到凝膠柱的一個點上時，它會自動被吸收并轉化為熱量。機器人上的局部加熱點使其噴射一些水并使其體積縮小，導致其尾部朝向光源彎曲。

“在它彎曲之后，尾巴本身阻擋了光線，”趙解釋道。“因此，陰影點會立即冷卻并再次膨脹，這會導致尾部再次下降。這個過程會迅速重復，導致拍打動作持續(xù)，只要光線適用。”

由于凝膠柱在組成上是均勻的并且?guī)缀螌ΨQ，因此它能夠響應來自任意方向的光，這幾乎可以覆蓋整個3-D空間。振蕩器具有接近無限的自由度，是機器人技術的重要優(yōu)勢。

研究人員評估了他們的游泳機器人，其身體漂浮在水面上，尾巴位于水線以下，以確定其設計的有效性。他們發(fā)現，當光照在機器人的尾巴上時，它會上下振動，最終使機器人從光線中游離。這種沿著光源方向移動的獨特特征模仿了許多活體動物(如浮游生物和飛蛾)的趨光性行為，提供了通過遙控進行導航和操縱的有用手段。

“軟機器人的美妙之處在于其設計的簡潔性，”趙的研究主管Ximin He告訴TechXplore。“整個機器人都是由一個均質的水凝膠制成，極大地簡化了制造工藝并降低了成本。”

為了制造自持式水凝膠振蕩器并使其成為理想的形狀，研究人員將前體溶液注入預定的模具中，對凝膠進行紫外線固化，然后將其從模具中取出。由于實現機器人的原理非常普遍且廣泛適用，因此振蕩器可以由許多材料構成。

“發(fā)現一種利用環(huán)境能源產生振蕩運動的新普遍原理是令人興奮的，”他說。“通過這種方式，我們意識到恒定的環(huán)境刺激，如光，可以產生強大的振蕩，用這種簡單的材料在水中推進和移動，由光線定向引導。這提供了一種收集環(huán)境能量并轉化為動能的一般方法能量和許多其他形式的能量來進行有意義的工作。“

在他們的研究中，趙，他和他們的同事揭示了一種利用天然能源產生振蕩運動的新方法。采用這種方法來構建振蕩器的研究人員可以根據他們希望收獲的能量類型，從廣泛的刺激響應材料中進行選擇。

由研究人員創(chuàng)造的游泳機器人由光振動提供動力，其運動由恒定光線引導; 因此，它不受限制，無電池且智能化。它是迄今為止開發(fā)的首批完全軟式機器人之一，重量輕，成本低且易于部署。

水凝膠光振蕩

“我們現在計劃進一步優(yōu)化材料，以便能夠在更寬的條件下振蕩，例如溫度，光波長等，”趙說。“我們也在尋找更多應用，例如信號傳感，能量收集和其他機器人運動。”