物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種將軟機(jī)器人包裹在材料中的新方法，使它們能夠以更有目的性的方式移動(dòng)和發(fā)揮作用。這項(xiàng)由巴斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究在《科學(xué)進(jìn)展》中有所描述。

該研究的作者認(rèn)為，他們對(duì)“活性物質(zhì)”的突破性建?？赡軜?biāo)志著機(jī)器人設(shè)計(jì)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。隨著這一概念的進(jìn)一步發(fā)展，有可能不是通過其自然彈性而是通過其表面上的人類控制活動(dòng)來確定軟固體的形狀、運(yùn)動(dòng)和行為。

普通軟質(zhì)材料的表面總是收縮成球體。想想水珠變成水滴的方式：水珠的出現(xiàn)是因?yàn)橐后w和其他軟材料的表面自然收縮成可能的最小表面積——即一個(gè)球體。但是可以設(shè)計(jì)活性物質(zhì)來對(duì)抗這種趨勢(shì)。這方面的一個(gè)例子是一個(gè)包裹在一層納米機(jī)器人中的橡膠球，其中機(jī)器人被編程為協(xié)同工作，以將球扭曲成一個(gè)新的、預(yù)定的形狀(比如一顆星星)。

希望活性物質(zhì)能產(chǎn)生自下而上功能的新一代機(jī)器。因此，這些新機(jī)器將由許多單獨(dú)的活動(dòng)單元組成，這些單元相互協(xié)作以確定機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和功能，而不是由中央控制器控制(今天的機(jī)械臂在工廠中的控制方式)。這類似于我們自己的生物組織的運(yùn)作，例如心肌中的纖維。

利用這個(gè)想法，科學(xué)家們可以設(shè)計(jì)出帶有由柔性材料制成的手臂的軟機(jī)器，這些手臂由嵌入其表面的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)。他們還可以通過在納米顆粒表面涂上響應(yīng)性的活性材料來定制藥物輸送膠囊的大小和形狀。.這反過來又會(huì)對(duì)藥物與體內(nèi)細(xì)胞的相互作用產(chǎn)生巨大影響。

對(duì)活性物質(zhì)的研究挑戰(zhàn)了液體或軟固體表面的能量成本必須始終為正的假設(shè)，因?yàn)閯?chuàng)建表面總是需要一定量的能量。

該研究的第一作者JackBinysh博士說：“活性物質(zhì)讓我們以全新的眼光看待熟悉的自然規(guī)則——例如表面張力必須為正這一事實(shí)的規(guī)則。看看如果我們違反這些規(guī)則會(huì)發(fā)生什么，以及我們?nèi)绾卫眠@些結(jié)果，是一個(gè)令人興奮的研究場(chǎng)所。”

通訊作者AntonSouslov博士補(bǔ)充說：“這項(xiàng)研究是一個(gè)重要的概念證明，具有許多有用的意義。例如，未來的技術(shù)可以生產(chǎn)出柔軟得多的軟機(jī)器人，并且更擅長(zhǎng)拾取和操作精細(xì)材料。”

在這項(xiàng)研究中，研究人員開發(fā)了理論和模擬，描述了一種表面承受主動(dòng)應(yīng)力的3D軟固體。他們發(fā)現(xiàn)這些主動(dòng)應(yīng)力會(huì)擴(kuò)大材料的表面，將下面的固體連同它一起拉動(dòng)，并導(dǎo)致整體形狀發(fā)生變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，可以通過改變材料的彈性特性來定制固體采用的精確形狀。

在這項(xiàng)工作的下一階段——已經(jīng)開始——研究人員將運(yùn)用這一一般原則來設(shè)計(jì)特定的機(jī)器人，例如軟臂或自游泳材料。他們還將研究集體行為——例如，當(dāng)你有許多活性固體，全部擠在一起時(shí)會(huì)發(fā)生什么。