哈佛大學(xué)的一個由具有3D打印，機(jī)械工程和微流體方面專業(yè)技術(shù)的研究人員組成的團(tuán)隊展示了第一個自主的，無纜的，完全柔軟的機(jī)器人。這個綽號為“octobot”的3D打印的小機(jī)器人可以為新一代完全柔軟的自治機(jī)器人鋪平道路。
軟機(jī)器人可以徹底改變?nèi)祟惻c機(jī)器互動的方式。但研究人員一直在努力建立完全兼容的機(jī)器人。電源和控制系統(tǒng)——如電池和電路板——是剛性的，直到現(xiàn)在，軟體機(jī)器人或者是通過電纜連接到一個板外系統(tǒng)，要不就是裝有硬的部件。
哈佛大學(xué)約翰 A.保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的Charles River工程與應(yīng)用科學(xué)名譽(yù)教授Robert Wood，和Hansjorg Wyss仿生工程名譽(yù)教授Jennifer A. Lewis領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。Lewis和Wood也是哈佛大學(xué)Wyss仿生工程研究院的核心成員。
“軟機(jī)器人領(lǐng)域長期以來的一個愿景是制作完全柔軟的機(jī)器人，但長久以來的努力一直是在用類似的軟系統(tǒng)來替換電池和電子控制等剛性組件，然后把它組裝在一起，”Wood說。“而這項研究表明，我們可以很容易地制造簡單的，完全柔軟的機(jī)器人的關(guān)鍵部件，這為更復(fù)雜的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。”
這一研究成果發(fā)表在了《自然》雜志上。
“通過我們的混合動力方法，我們能夠以一種快速的方式來3D打印軟機(jī)器人身體所需的每一個功能部件，包括燃料儲存，動力和驅(qū)動，”Lewis說。“octobot是一個旨在展示我們在嵌入式自主功能模塊上的綜合設(shè)計和增材制造戰(zhàn)略的簡單實施案例。”
章魚長久以來一直是軟體機(jī)器人的靈感來源。這些奇怪的生物可以不需要內(nèi)部骨架而表現(xiàn)出難以置信的力量和敏捷專長。
哈佛大學(xué)的octobot是以氣動為基礎(chǔ)的，即，它是由氣體壓力來驅(qū)動的。在該機(jī)器人中的一個反應(yīng)將少量的液體燃料（過氧化氫）轉(zhuǎn)化為大量的氣體，這些氣體流入octobot的手臂，并使它們像氣球一樣膨脹。
“軟體機(jī)器人的燃料來源一直依賴于某種類型的剛性部件，”Michael Wehner說，他是Wood實驗室的一名博士后和這篇文章的共同第一作者。“過氧化氫的奇妙之處在于，該化學(xué)品與催化劑——在這里是鉑——之間的一個簡單的反應(yīng)就使我們能夠取代剛性電源。”
為了控制這個反應(yīng)，該團(tuán)隊采用了一種基于合著者化學(xué)家George Whitesides的開創(chuàng)性研究成果的微流控邏輯回路，George Whitesides是Woodford L.和Ann A. Flowers大學(xué)教授以及Wyss研究所的核心成員。該回路，軟性模擬了一個簡單電子振蕩器，控制著octobot中的過氧化氫什么時候分解成氣體。
“整個系統(tǒng)制作起來非常簡單，通過將三種制備方法結(jié)合起來——軟光刻技術(shù)，模壓和3D打印——我們可以快速制造這些器件，”Ryan Truby說，他是Lewis實驗室的一名研究生以及該文章的共同第一作者。
裝配過程的簡單性為更復(fù)雜的設(shè)計鋪平了道路。接下來，這個哈佛大學(xué)的團(tuán)隊希望設(shè)計一個可以爬行、游泳和與環(huán)境互動的octobot。
“這項研究只是一個概念證明，”Truby說。“我們希望我們創(chuàng)作自主軟體機(jī)器人的方式能夠激發(fā)機(jī)器人學(xué)家，材料科學(xué)家和研究人員專注于先進(jìn)制造業(yè)，”
該論文另外的合著者包括Wyss研究所的Daniel Fitzgerald和康奈爾大學(xué)的Bobak Mosadegh。該研究由美國國家科學(xué)基金會通過哈佛大學(xué)材料科學(xué)與工程研究中心和Wyss研究所資助。
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