机器人既能“地上跑”也能“天上飞”

机器人既能“地上跑”也能“天上飞”字体：小中大分享到：机器人既能“地上跑”也能“天上飞”2022-02-11 09:50:42来源：科技日报

无人车可以利用液态金属变形弯曲。图片:弗吉尼亚理工大学

想象一下，一辆小型自动驾驶汽车在陆地上行驶，但突然它把自己压扁了，变成了四轴飞行器，飞走了。根据发表在最新一期《科学机器人》上的研究，美国团队设计了一种在材料层面改变形状的新方法，利用橡胶、金属和温度使材料变形，并将其固定在一个没有电机或滑轮的位置。

“当我们开始这个项目时，我们想要一种可以做三件事的材料:改变形状，保持形状，然后返回到原始配置，并在多个循环中完成。”弗吉尼亚理工大学机械工程系助理教授迈克尔·巴特利特说。

为了创造一个可变形的结构，团队借用了剪纸艺术。通过观察橡胶和复合材料中这些剪纸图案的强度，该团队创建了一种具有重复几何图案的材料结构。

接下来，研究人员开发了一种可以保持形状但允许形状根据需要消除的材料。他们引入了一个嵌入橡胶皮的低熔点合金(LMPA)制成的内部骨架。通常，当金属被拉伸得太远时，它会被永久弯曲、折断或拉伸成固定且不可用的形状。特种合金嵌入橡胶后，拉伸时，复合材料能迅速保持所需形状，非常适合能立即承受载荷的柔性变形材料。

最后，材料必须将结构恢复到原来的形状。研究小组在LMPA电网旁边增加了一个柔软的卷须加热器。加热器在60℃或铝熔化温度的10%时将金属转化为液体。弹性体表皮将熔融金属保持在原位，然后将材料拉回到原来的形状，扭曲拉伸，使复合材料具有“可逆塑性”。金属冷却后，它有助于保持结构的形状。

研究人员发现，这种受剪纸启发的复合材料设计可以创造复杂的形状，从圆柱形到球形再到凹凸形状。形状变化也可以快速实现:用球击打后，不到1/10秒的时间，形状就发生变化并固定在原地。此外，如果材料断裂，可以通过熔化和改造金属内骨架进行多次修复。

主编圈

中自然界中的许多生物可以改变它们的形状来执行不同的功能。例如，章鱼可以极大地改变自己的形状来移动、进食或与环境互动；人类也可以弯曲肌肉来支撑和维持；植物可以昼夜不停地移动来捕捉阳光。但能否在工程上实现还是未知数。目前一种变形的复合材料，不仅强度足够，而且容易变形，让机器人最大限度的适应环境。未来，这种材料带给我们的不仅是执行各种功能任务的新一代机器人，还有损伤后可以自我修复的弹性装置，可以激发人机界面和可穿戴性方面的丰富应用。

【纠错】