杜克大学机器人模仿“蜻蜓点水”，身体柔软无需电子设备，监测环境灾难协助拯救环境
导读
软体机器人技术是一个新兴的研究领域，使用柔性材料，如水凝胶和弹性体等制造机器人。软材料允许这些机器人探索复杂的环境，能够执行那些传统机器人不能去执行的微妙任务。到目前为止，科学家们受生物启发开发了多种软体机器人，例如从受树懒启发而缓慢移动的机器人，或像鱼一样在水中翱翔的机器人，这些机器人在环境监测方面具有无限潜力。最近，杜克大学开发了一种免电子的，完全柔软的机器人，可以像蜻蜓一样在水中掠过，监测周围环境并做出反应，可用于检测淡水酸化、石油泄漏，赤潮迹象等问题。
动物对环境的感知总是比人类更敏感。
夏天的时候，当一群群的蜻蜓在水面上拂枝点水、翩跹盘旋，如一团团彩色花朵在半空漂浮，那么你就知道这是要下雨了。
那能不能通过仿生技术开发出和动物一样对环境敏感的机器人呢？
答案就蕴藏在智能材料软体机器人中。
最近，杜克大学的工程师开发了一种具有环境感知能力的智能软体机器人——“DraBot”，由硅胶弹性体制作而成，长度仅为5.7厘米，可效仿蜻蜓在水面上滑行，检查是否有漏油、高酸度和其他异常情况，而且不需要携带任何电子设备。
▍DraBot机器人如何实现“蜻蜓点水”
蜻蜓有着炫酷的飞行特技，能滑翔、能点水，翅膀稍微一抖动，还能来个急转弯。
怎么才能模仿蜻蜓，让机器人在水中滑翔呢？
这归功于DraBot翅膀的结构，研究人员利用软光刻技术打造了具有微通道网络的蜻蜓翅膀，可通过气压控制。
每个后翼下方设计了气球执行器。充气时，气球的膨胀会使翅膀向上卷曲，当两个翅膀都向上，机器人就会前进；如果两个翅膀固定不动，气流将被阻塞，机器人保持静止。
研究人员通过级联的逻辑门激活气球执行器，使用串联的多个输入信号和气压控制的组合，DraBot可以表现出复杂的动作：直飞、顺时针转圈、逆时针转圈、急转弯避开障碍物等，都可以轻易实现。
别看DraBot长得小小的，运动的速度不容小觑，研究人员表示，当使用30 psi作为输入气压时，机器人可以产生10cm/s的速度。
▍加入自修复水凝胶，DraBot机器人变环保吉祥物
DraBot机器人的绝妙之处在于它可以对环境做出反应。研究人员在DraBot机器人的设计中融入了自修复水凝胶材料，使DraBot能够对周围水的pH值做出响应。
如果水变成酸性，则附着着水凝胶的翅膀就会融合在一起，使蜻蜓在水中绕圈滑行。
一旦水的pH值恢复到正常水平，水凝胶就会“恢复原状”，融合的翅膀分离，DraBot机器人回到正常的直行状态。
这样可以很容易的判断水的酸碱性。
DraBot对温度也很敏感，研究人员还利用蜻蜓翅膀下方的海绵，掺入了对温度敏感的材料。当水变得过热时，DraBot的翅膀会从红色变成黄色。
除此之外，DraBot机器人还可以吸收油污，翅膀上的海绵具有3D微孔结构，产生的疏水性和毛细作用力的耦合作用，可以实现有效的吸油。
当DraBot略过有油污的水面时，翅膀上的海绵会将油吸收，从而变色为相应的油颜色。
▍未来将进一步增强机器人功能
该研究在3月25日发表在《Advanced Intelligent Systems》杂志上。
淡水酸化、石油泄漏，赤潮迹象和珊瑚礁褪色，这些环境问题已经变得日益严重，导致水生生物数量下降。DraBot机器人对pH值、油污和温度的响应能力可以使其成为远距离自主环保助手，协助科学家拯救环境。
杜克大战的研究团队还发现了许多可以改善概念验证的方法，并打算使用无线摄像机或固态传感器增强DraBot的功能，或者替换掉控制蜻蜓翅膀的气压，利用某种合成生物来产生能量。总之，他们表示“我们的研究不会止步于此”。
【参考链接】
http://dx.doi.org/10.1002/aisy.202100005
https://techxplore.com/news/2021-03-electronics-free-drabot-dragonfly-environmental-disruptions.html