(a, b) 厚度 (t) 和高度 (h) 相等的環(huán)只能折斷兩次并收縮到最小尺寸。(c) 通過 FEA 模擬的半徑為 15 mm 的環(huán)的翻轉(zhuǎn)反應(yīng)力矩。(d, e) h = 5t 的環(huán) (d) 放置在熱表面上時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o態(tài)的喇叭狀形狀而不會(huì)折斷 (e)。圖片來源：先進(jìn)材料(2022)。DOI：10.1002/adma.202207372

美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種環(huán)形軟體機(jī)器人，在暴露于高溫或紅外光時(shí)能夠爬過表面。研究人員已經(jīng)證明，這些 "環(huán)形機(jī)器人 "能夠拉著一個(gè)小的有效載荷穿過表面--在環(huán)境空氣中或在水中，以及穿過比其環(huán)形尺寸更窄的間隙。

這些環(huán)形機(jī)器人由液晶彈性體制成，呈環(huán)形帶狀，類似于一個(gè)手鐲。當(dāng)你把環(huán)形機(jī)器人放在一個(gè)至少55攝氏度（131華氏度）的表面上，這比環(huán)境空氣更熱，絲帶接觸表面的部分會(huì)收縮，而暴露在空氣中的部分則不會(huì)。這在色帶中引起了滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

同樣，當(dāng)研究人員將紅外光照在環(huán)形機(jī)器人上時(shí)，暴露在光線下的色帶部分會(huì)收縮，而被遮擋的部分則不會(huì)。這也會(huì)誘發(fā)彩帶的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中，這意味著當(dāng)爬行的環(huán)形機(jī)器人放在一個(gè)熱的表面上時(shí)，它從下往上移動(dòng)。但當(dāng)暴露在紅外光下時(shí)，運(yùn)動(dòng)則從上往下開始。

推動(dòng)這種連續(xù)運(yùn)動(dòng)的原因之一是，環(huán)形機(jī)器人是雙穩(wěn)態(tài)的，也就是說，當(dāng)它處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)有兩種形狀。如果帶狀物開始扭曲，它要么扣回原來的形狀，要么向前扣入另一種雙穩(wěn)態(tài)。

想象一下一個(gè)形狀像絲帶的橡膠手鐲。如果你把手鐲的兩端向前折一下，然后松手，它就會(huì)彈回原來的形狀。但是，如果你把兩端折得足夠遠(yuǎn)，它就會(huì)折過來--基本上是把手鐲從里面折出來。

在環(huán)形機(jī)器人的情況下，"折疊 "是通過施加持續(xù)的熱量或紅外光，使彈性體收縮和旋轉(zhuǎn)來完成。如果環(huán)形機(jī)器人是對(duì)稱的，這基本上會(huì)使它在原地跳舞。

關(guān)于這項(xiàng)工作的論文的通訊作者、美國北卡羅來納州立大學(xué)機(jī)械和航空航天工程的副教授Jie Yin說："但是通過對(duì)環(huán)形的工程設(shè)計(jì)，使環(huán)形的一側(cè)永久扭曲，結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱的。這意味著環(huán)狀物不均勻地暴露在熱或紅外光下，這導(dǎo)致軟體機(jī)器人在表面上橫向移動(dòng)。"

當(dāng)放在一個(gè)熱的表面上時(shí)，最終的結(jié)果是爬行的環(huán)形機(jī)器人拉著自己向前走。但是當(dāng)暴露在紅外光下時(shí)，爬行環(huán)形機(jī)器人會(huì)將自己向前推。可以把它看作是前輪驅(qū)動(dòng)與后輪驅(qū)動(dòng)。

在演示中，這些環(huán)形機(jī)器人能夠拉動(dòng)一個(gè)小的有效載荷，并且在環(huán)境空氣和水下都能工作。

研究人員還證明，環(huán)形機(jī)器人可以調(diào)整其身體形狀，以擠過一個(gè)比環(huán)形機(jī)器人直徑窄30%以上的狹窄空間。而當(dāng)間隙太窄，軟體機(jī)器人無法通過時(shí)，它就會(huì)調(diào)整方向，遠(yuǎn)離間隙。

實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Yao Zhao說："這是一個(gè)基本的進(jìn)步，而不是以特定的應(yīng)用為目的的設(shè)計(jì)。我們正在展示當(dāng)'物理智能'被設(shè)計(jì)到材料和結(jié)構(gòu)本身時(shí)可以實(shí)現(xiàn)什么，允許它在沒有計(jì)算輸入的情況下移動(dòng)和導(dǎo)航空間。"

這篇論文發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。