灵感源于珊瑚，新型软体机器人手臂张合自如，柔性电磁导体驱动
导读
柔顺的软体机器人能够以独特的方式移动，从而能够模仿大自然中生物的运动，改善人机交互，增强可穿戴技术，并改善自动化应用中的抓地力。软体机器人由具有顺应性的高弹性材料制成，可并变形为任意形状，执行多种任务。最近，佐治亚理工学院的研究人员从软珊瑚中汲取灵感，设计了一款完全软的机器人，可用于从仿生到完全软抓紧再到可穿戴设备的各种应用。
大海里，美丽的珊瑚随着水波飘荡，当它们伸出触手在水中摇晃时，就好像一朵漂亮的花在水中盛开。
这一幕落在了科学家眼里，并成为了开发新型机器人的灵感。
尽管许多科学家都开发了受生物启发的软体机器人，但大多都依赖于软材料与刚性执行器，电动机和泵的结合。
近日，佐治亚理工学院的研究人员开发了一种轻巧的、100%完全软的机器人，模仿软珊瑚张开和闭合双臂的运动，可用于从仿生到完全软抓紧再到可穿戴设备的各种应用。
机器人上的“珊瑚手臂”张合自如，还能变成一只小手，抓起物品：
不是液压气动，没有电动机，也无需线缆连接，那机器人上的小爪子是如何做到像珊瑚一样张合自如的呢？
其实，研究人员运用了连杆原理和电磁驱动，只要形成稳定、可控制的磁场，机器人上的“珊瑚手臂”就可以一直快速运动，不怕没电，也不会折损。
▍柔性电磁导体驱动
研究人员通过构造柔性导体和电磁的方法，控制机器人上的“珊瑚手臂”的开关和闭合：
电磁控制方法需要构建两种磁场：液态金属线圈和顺应性永磁体。
1.液态金属线圈：用于产生可控制的磁场，研究人员将液态金属导体流体填充到树脂线圈中，液态金属选择了低共熔镓铟，与固态铜线相比，它的熔点和电阻率相对较低，更容易变形并且具有自愈能力；然后缠绕成圆柱形。
2.顺应性永磁体：顺应性永磁体是将预磁化的钕铁硼（Nd-Fe-B）粉末与粘性有机硅聚合物相结合而制造出来的，用于产生固定的磁场。这种复合材料会保持较弱的磁场，但同时也保持了有机硅的柔韧性。
将顺应性永磁体放置在金属线圈的中心，永磁体就可以产生上上下下的线性运动。同时，具有100％软的架构意味着电磁铁的线圈和磁体也必须是顺从的、灵活的。
▍“珊瑚手臂”与柔性电磁导体的组合
接下来，如何将线性运动转换为“珊瑚手臂”的旋转运动呢？
正常来说，使用刚性材料将线性运动转换为旋转运动的传统方法是利用连杆和旋转接头。
研究人员利用软材料进行了巧妙的设计，通过3D打印，使用有机硅聚合物制作了具有三个自由度的“珊瑚手臂”。更长和更薄的聚合物接头增加了弹性变形的范围，并限制了塑性变形或屈服的风险。
下一步，就是将“珊瑚手臂”和柔性电磁导体组合起来，研究人员将两个硅胶盘分别固定在顶部和底部，四个“珊瑚手臂”固定在硅胶垫片和柔性电磁上，像这样：
这样，施加到金属线圈的功率会产生电磁场，从而使内部柔性磁铁向上移动，从而带动着“珊瑚手臂”快速运动。
▍软体机器人的无限可能
“珊瑚手臂”与柔性电磁导体的组合使粘性的有机硅连接件将线性运动转换为旋转运动，弧长最大为42 mm，带宽最大为30 Hz。佐治亚理工学院的研究人员称“这种高度可变形，快速且长冲程的执行器拓扑结构可用于从仿生到完全软抓紧再到可穿戴设备的各种应用！”
这种特殊的机器人是将机器人技术与生物学相结合的巧妙概念证明，尤其在医学领域的应用是无止境的。软体机器人技术使截肢者可能拥有与皮肤一样柔软的假肢。人体组织柔软，轮廓复杂。具有刚性的致动器或联动装置可能会在碰撞过程中对组织造成损坏。软体机器人技术是解决此问题的一种方法。
轻巧的机器人在其他地方也有令人惊讶的应用。NASA的一个团队正在研究使用软体机器人来探索其他行星，因为它们具有适应性和灵活性。这样的机器人也将是帮助应对地震或火灾等灾难情况的理想人选，它们将被要求在狭窄的空间中航行。
【参考链接】
https://sites.gatech.edu/chen-mazumdar/
https://asmedigitalcollection.asme.org/lettersdynsys/article-abstract/1/3/031011/1097137/Design-of-a-Xenia-Coral-Robot-Using-a-High-Stroke?redirectedFrom=fulltext