设计出能爬坡越坎的4D打印软体机器人

设计出能爬坡越坎的4D打印软体机器人

来源：《中国科学报》2021-09-26 10:05

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　　软体机器人（图中长条形）在实验中做翻滚、爬坡运动。天津大学封伟供图

　　天津大学材料学专家封伟与合作者设计出一种4D打印的软体机器人。该原型机是管状的，能在加热时自我组装，并可以承担挑战性任务，比如爬坡、在崎岖不平和不可预知的地形中行进。相关论文9月22日发表于《物质》。

　　“就像有触角的昆虫一样，机器人可以跨越一个小障碍。但当障碍太高时，它会返回。”论文通讯作者封伟说，“整个过程是自发的，没有人为干预或控制。”

　　开始时，机器人是一片3D打印液晶弹性体（一种有弹性的塑料材料）扁平矩形薄片。当下表面被加热时，机器人会自动扭曲，形成一个类似弹簧的小管。在外部刺激下的形状变化在打印过程中增加了第四个维度——时间，使其成为4D。

　　一旦机器人变成一个小管，热表面的接触就会在材料中产生应变，导致其向一个方向滚动。这种运动背后的驱动力十分强大，以至于机器人可以爬上20°的斜坡，甚至可以扛起相当于自身重量40倍的重物。而且，机器人的长度影响其速度，长机器人比短机器人滚动得更快。

　　“我们通过4D打印将液晶弹性体加工成各种形状的样品，并用光、热和电刺激这些样品来观察它们的反应。”他说，“除了变形，我们还发现了推进现象。”

　　未来，这些软体机器人可能在管道等狭小、封闭的地方或在200℃的极端条件下工作。“我们希望软体机器人不再局限于被用作简单的驱动器。”封伟说。

　　（记者冯丽妃）

[ 责编：涂子怡 ]

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