陈根：涂上活性材料，成就软体机器人

文/陈根

众所周知，软体机器人具有刚体机器人无法代替的功能。

比如，如果想让机器人做更多的事情，尤其是和环境或人类进行互动，马达驱动工作时，控制好马达以得到柔性的驱动及互动很难，因为马达的功率一般都很大，刚体机器人在马达的驱动下惯性将会非常大，接触到外界就会发生强烈的冲击，可能会造成不安全，而现在又不能做到那么低功率的柔性控制。

但是，软体机器人却能够和环境、人直接交互。在与人类交互方面，软体机器人本质上比传统的刚性机器人更安全，其柔韧性也是各种性能的加分项——比如在操纵物体时更灵巧，能进入狭小空间，能在崎岖表面爬行。

当前，软体机器人领域主要以活体生物为原型，利用软体材料制作机器人，常使用硅橡胶这类聚合物，以及可高度变形的结构，如编织线和织物。基于此，现在，来自巴斯大学的研究人员发现了一种给软体机器人涂上材料的新方法。这种方法使它们能以一种更有目的的方式移动和运作。

具体来看，普通软质材料的表面总是会收缩成一个球体。想想水珠变成水滴的方式：水珠的发生是因为液体和其他软性材料的表面自然收缩成最小的表面积--即球体。但活性物质可以被设计成跟这种趋势相反。

比如，一个橡胶球被一层纳米机器人包裹着，这些机器人被编程为统一工作，然后将球扭曲成一个新的、预先确定的形状（如一个星星）。

研究人员希望，活性物质将导致新一代的机器，其功能将自下而上。因此，这些新机器将由许多单独的活性单元组成，它们合作决定机器的运动和功能，而不是由中央控制器控制。这就类似于我们人体自己的生物组织的工作原理，比如心肌中的纤维。

通过利用这一想法，科学家们可以设计出软体机器，其手臂由柔性材料制成，并由嵌入其表面的机器人提供动力。他们还可以通过在纳米颗粒的表面涂上反应灵敏的活性材料来定制药物输送胶囊的大小和形状。这反过来可以对药物跟体内细胞的相互作用产生巨大的影响。

当前，在这项研究中，研究人员开发了理论和模拟以描述一个三维软体，据悉，这个软体表面经历了主动应力。结果他们发现，这些活性应力扩大了材料的表面并把下面的固体也拉了过来，另外还引起了整体形状的变化。研究人员发现，固体所采用的精确形状可以通过改变材料的弹性特性来定制。

研究人员认为，，他们对“活性物质”的突破性建模可能标志着机器人设计的一个转折点。随着这一概念的进一步发展，带着“活性材料”的软体机器人或许还将带给人们更多惊喜。

关键词： 研究人员 活性物质 反应灵敏 被设计成 软质材料