將一個彈性球（橙色）包裹在一層小機器人（藍色）中，研究人員可以對形狀和行為進行編程。信用: Jack Binysh

物理學家們發現了一種新的方法，用材料包裹軟體機器人，使它們能夠以一種更有目的性的方式移動和運作。由英國巴斯大學領導的這項研究今天在《科學進展》上進行了描述。

該研究的作者認為他們對 "活性物質 "的突破性建模可能標志著機器人設計的一個轉折點。隨著這一概念的進一步發展，有可能不是通過軟體的自然彈性，而是通過人類對其表面的控制活動來決定其形狀、運動和行為。

普通軟質材料的表面總是縮成一個球體。想想水珠變成水滴的方式：水珠的發生是因為液體和其他軟質材料的表面自然收縮成最小的表面積--即球體。但是，活性物質可以被設計成與這種趨勢背道而馳。這方面的一個例子是，一個橡膠球被一層納米機器人包裹著，這些機器人被編程為統一工作，將球扭曲成一個新的、預先確定的形狀（例如，一個星星）。

人們希望，活性物質將導致新一代的機器，其功能將自下而上。因此，這些新機器將由許多單獨的活性單元組成，它們合作決定機器的運動和功能，而不是由中央控制器控制（今天工廠里的機械臂的控制方式）。這類似于我們自己的生物組織的工作原理，如心肌中的纖維。

利用這一想法，科學家們可以設計出軟體機器，其手臂由柔性材料制成，由嵌入其表面的機器人提供動力。他們還可以通過在納米顆粒的表面涂上反應靈敏的活性材料，定制藥物輸送膠囊的大小和形狀。這反過來可以對藥物與體內細胞的相互作用產生巨大的影響。

有關活性物質的工作挑戰了液體或軟固體表面的能量成本必須總是正數的假設，因為創造一個表面總是需要一定的能量。

研究的第一作者Jack Binysh博士說："活性物質使我們以新的眼光來看待熟悉的自然規則--像表面張力必須是正值這樣的規則。看看如果我們打破這些規則會發生什么，以及我們如何能夠利用這些結果，這是一個令人興奮的研究場所。"

通訊作者Anton Souslov博士補充說："這項研究是一個重要的概念證明，具有許多有用的意義。例如，未來的技術可以生產出柔軟的機器人，這些機器人的體積要小得多，而且能更好地拿起和操縱脆弱的材料。"

在這項研究中，研究人員開發了理論和模擬，描述了一個三維軟體，其表面經歷了主動應力。他們發現，這些主動應力擴大了材料的表面，將下面的固體一起拉動，并導致全局形狀變化。研究人員發現，固體所采用的精確形狀可以通過改變材料的彈性特性來定制。

在這項工作的下一階段--已經開始了--研究人員將應用這一一般原理來設計特定的機器人，如軟臂或自游泳的材料。他們還將研究集體行為--例如，當你有許多活性固體，都擠在一起時會發生什么。