新型软体机器人像轮胎一样滚动，像陀螺一样旋转，像卫星一样绕轨道运行

研究人员开发了一种新的软体机器人设计，可以同时进行三种行为:向前滚动，像唱片一样旋转，以及沿着围绕中心点的路径运行。该设备在没有人或计算机控制的情况下运行，有望开发出可用于导航和绘制未知环境地图的软机器人设备。

这种新型软体机器人被称为扭曲环形机器人。它们由带状液晶弹性体制成，这些弹性体被扭曲-就像罗蒂尼面条一样-然后在末端连接在一起形成一个类似手镯的环。

当机器人被放置在比环境空气热至少55摄氏度(131华氏度)的表面上时，玻璃带接触表面的部分收缩，而玻璃带暴露在空气中的部分不收缩。

这导致了滚动运动;表面越温暖，机器人滚动的速度就越快。

“丝带在水平轴上滚动，给环提供了向前的动力，”北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程副教授、该研究论文的通讯作者尹杰说。

扭曲的环形机器人也沿着其中心轴旋转，就像转盘上的唱片一样。

当扭曲的环形机器人向前移动时，它会绕着一个中心点沿轨道运行，基本上是在做一个大圈运动。

然而，如果扭曲的环形机器人遇到边界——比如盒子的墙壁——它将沿着边界移动。

“这种行为对于绘制未知环境的地图特别有用，”尹说。

扭曲的环形机器人是其行为由物理智能控制的设备的例子，这意味着它们的行为由其结构设计和制造材料决定，而不是由计算机或人工干预指导。

研究人员能够通过设计设备的几何形状来微调扭曲环形机器人的行为。

例如，他们可以通过向一个方向或另一个方向扭曲丝带来控制扭曲环机器人旋转的方向。

速度可以通过改变带的宽度、带的扭曲次数等来影响。

在概念验证测试中，研究人员表明扭曲的环形机器人能够遵循各种受限空间的轮廓。

“无论扭曲的环形机器人被引入这些空间的哪个位置，它都能够找到边界并沿着边界线绘制空间轮廓——无论是正方形、三角形等，”论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士生方杰·齐说。

“我们还能够通过在空间中引入两个扭曲的环形机器人来绘制更复杂空间的边界，每个机器人朝不同的方向旋转，”齐说。

“这导致他们沿着边界走不同的路。通过比较两个扭曲环形机器人的路径，我们能够捕捉到更复杂空间的轮廓。”

“原则上，无论空间有多复杂，如果你引入足够多的扭曲环形机器人来绘制整个画面，每个机器人都提供一部分画面，你就可以绘制它，”尹说。

“软机器人仍然是一个相对较新的领域，”尹说。“寻找以可重复、工程化的方式控制软机器人运动的新方法推动了该领域的发展。推进我们对可能性的理解是令人兴奋的。”

这篇名为“自主周期性翻转自旋轨道软机器人的缺陷扭曲环拓扑”的论文将于1月8日发表在美国国家科学院学报。该论文由北卡罗来纳州立大学博士后研究员严斌·李和共同撰写;北卡罗来纳州立大学新近毕业的博士叶瑶·洪;还有NC State的博士生海涛清。

这项工作是在美国国家科学基金会的资助2005374和2126072下完成的。

来源: Materials provided by North Carolina State University. Original written by Matt Shipman.
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