長2厘米，重0.3克，不僅身段靈活還能負載重物，也可以應(yīng)對高溫嚴(yán)寒等極端天氣……7月6日，武漢大學(xué)動力與機械學(xué)院、工業(yè)科學(xué)研究院薛龍建教授課題組對外宣布，他們研制出一種可精準(zhǔn)控制方向和速度、綜合性能極佳的迷你軟體機器人，不僅破除了以往迷你軟體機器人只能在特定表面行走的瓶頸，拓寬了其作業(yè)溫域和地域，還能在狹窄空間進行活動，未來有望在廢墟狹縫以及生物體內(nèi)完成各種復(fù)雜作業(yè)。

 

　　仿生足部復(fù)合材料

 

　　擺脫運動表面限制

 

　　薛龍建課題組研發(fā)的這款機器人是一款通過調(diào)節(jié)光強等因素來進行定向驅(qū)動的軟體機器人。“它可以進入到非常狹窄的地方，這也是我們研發(fā)軟體機器人的初衷。”薛龍建介紹。

 

　　目前，微型機器人的研究還不是非常成熟，常規(guī)機器人無法進入狹窄的地方。因此，薛龍建課題組決定研發(fā)軟體微型機器人以解決這一問題。

 

　　課題組研究發(fā)現(xiàn)，問題的癥結(jié)在于迷你軟體機器人普遍缺乏足部設(shè)計，僅能在粗糙或者具有特殊結(jié)構(gòu)的表面行走，光滑或者有水表面都限制了迷你軟體機器人的行動能力。

 

　　“我們的研究靈感來源于兩種動物，即壁虎和尺蠖。”薛龍建介紹說，他們憑借在仿生材料研究領(lǐng)域長期經(jīng)驗積累，嘗試在機器人上引入仿壁虎腳趾剛毛的足部，這種仿生足部結(jié)構(gòu)讓機器人具有良好表面適應(yīng)性。

 

　　“這樣迷你軟體機器人便有了自己的‘腳’，這也是我們這款機器人最重要的特點。”薛龍建強調(diào)，它的“腳”是由仿壁虎剛毛的微米三棱柱陣列組成，帶動“腳”運動的結(jié)構(gòu)由交替排列的透明聚二甲基硅氧烷（PDMS）條帶和石墨烯/PDMS復(fù)合材料條帶組成。而步態(tài)則是借鑒了壁虎腳的取向黏附能力和尺蠖前后足交替運動模式。

 

　　此外，這款機器人依靠光照控制，通過調(diào)節(jié)光照的強度、時間等因素控制其運動。在光照時，前足向前移動；關(guān)閉光照時，后足向前移動，交替的開關(guān)光照驅(qū)動它不斷向前運動。

 

　　主體材料硅橡膠

 

　　適應(yīng)極端溫度變化

 

　　有了“腳”的機器人，無論在粗糙還是光滑平面，都能獲得足夠的抓地力以保證正常行走。它的疏水功能，使機器人在有水表面也可以行走，而且即使水量覆蓋住足部，運動過程也不會受到阻礙。此外，機器人的仿生足部設(shè)計和仿尺蠖的運動步態(tài)，使它可以在傾斜30度的光滑表面穩(wěn)定停泊而不發(fā)生滑移，并進行上下坡運動。

 

　　這款迷你軟體機器人不僅擺脫了運動表面的限制，還可以不受地域溫差的限制。“我們在研發(fā)之初就考慮到我國地域遼闊、各地區(qū)溫差較大的因素，所以它可以適應(yīng)極端溫度變化，在-20℃~100℃的氣溫條件下運行。”薛龍建表示。

 

　　此前很多迷你軟體機器人所用材料是水凝膠。這種材料不耐高溫，也不耐低溫，這就導(dǎo)致水凝膠機器人的使用區(qū)域很有限。另外有些軟體機器人能夠適應(yīng)寒冷氣候，但到了炎熱地區(qū)便不能工作，這也很大程度上限制了機器人的應(yīng)用。

 

　　“為解決這一問題，我們選用了硅橡膠作為軟體機器人的主體材料。”薛龍建介紹說，“硅橡膠不僅耐高溫和低溫，還具有耐酸堿不易腐蝕等特點，用硅橡膠制作的軟體機器人不受地域限制，而且對人體無害，還能用到人體中。這是我們區(qū)別于其他機器人的優(yōu)勢。”

 

　　未來應(yīng)用領(lǐng)域

 

　　適合狹窄環(huán)境作業(yè)

 

　　“這款機器人雖然小，但在裝上‘腳’之后，不僅自由度得到提升，還能夠負載其自身50倍的重物平穩(wěn)行走。”薛龍建介紹說。

 

　　良好的表面適應(yīng)性和負載能力，以及遠程控制特性，使該款機器人非常適合在狹窄惡劣的環(huán)境中進行作業(yè)。比如可以在裂紋和深坑中進行地質(zhì)勘探，廢墟裂縫中進行搜救和目標(biāo)定位，甚至借助可穿透皮膚的紅外光源，在具有復(fù)雜表面形貌、酸堿性、溫度和濕度的生物器官內(nèi)或血管中進行藥物遞送或是病灶檢查。

 

　　“具體來說，在地震、火災(zāi)、事故等救援中，普通機器人無法進入到狹窄區(qū)域進行探測勘察工作，這時便可以讓迷你軟體機器人替代完成。假如無法及時救援出被困人員，為了延緩人類身體機能的損失消耗，可以讓迷你軟體機器人攜帶食物、藥品進入為被困人員提供幫助。”薛龍建表示。

 

　　此外，由于軟體機器人具有較大的自由度和變形能力，在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也很值得期待。薛龍建介紹：“我們正在努力將迷你軟體機器人的尺寸進一步縮小，以應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。如讓迷你機器人通過定向控制到達身體中的指定位置，將藥物準(zhǔn)確的放置于病灶點，這樣不僅可以提升治療效果還能夠緩解病人的痛苦。”