摘要：科學(xué)家們已經(jīng)研制出一種機(jī)器人晶體，它可以像毛毛蟲一樣慢慢地行走，并且能滾動前進(jìn)，比行走速度快2萬倍。這些能自主移動的有機(jī)晶體作為未來柔性機(jī)器人的材料將具有巨大潛力。
機(jī)器人晶體尺蠖般行走。 圖片來源：早稻田大學(xué)
早稻田大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)逐漸接近制造出柔性機(jī)器人來照顧人的目的了。 但是，它使用的材料可能是你想象不到的。
他們研制出了機(jī)器人晶體，它可以像毛毛蟲一樣慢慢地行走，滾動速度比行走速度快2萬倍。這些能自主移動的有機(jī)晶體作為未來柔性機(jī)器人的材料具有巨大的潛力，特別是在醫(yī)療領(lǐng)域。
早稻田納米與生命創(chuàng)新研究組織的座客教授Hideko Koshima說：“晶體較靈活、耐用且輕便。它們可以用作在微觀區(qū)域輸送物質(zhì)的微型機(jī)器人材料，例如攜帶不育癥治療的卵細(xì)胞或進(jìn)行侵入性手術(shù)。”
他們的研究發(fā)表在Nature Communications雜志上。
預(yù)計晶體將作為柔性機(jī)器人的機(jī)車材料發(fā)揮重要作用，其機(jī)械運(yùn)動已經(jīng)在彎曲和膨脹、收縮方面進(jìn)行了探索。然而，真正發(fā)揮出作用還要要求更多的動作。
此前在2016年，Koshima的研究小組報告說，近期研究中也使用的手性偶氮苯晶體在暴露于光線下彎曲。在這次研究中，發(fā)現(xiàn)晶體在145℃發(fā)生相變而不會斷裂，即使在反復(fù)加熱和冷卻之后也是如此。
基于這些發(fā)現(xiàn)，他們設(shè)計了機(jī)器人晶體，演示了兩種不同的運(yùn)動模式：步行和滾動。
該團(tuán)隊使用紅外熱成像相機(jī)和數(shù)字光學(xué)顯微鏡觀察到，縱向厚度梯度的薄而長的板狀晶體通過在轉(zhuǎn)變溫度附近的加熱和冷卻循環(huán)下反復(fù)彎曲和矯直，在熱板上過渡溫度附近，在30分鐘內(nèi)可以移動1.5mm。另一方面，寬度梯度較薄的較長板狀晶體能在0.2秒內(nèi)滾動3.1mm，通過傾斜彎曲然后翻轉(zhuǎn)而加速，只有一個加熱和冷卻過程。
Koshima解釋說：“行走和滾動運(yùn)動背后的驅(qū)動力來自晶體的不對稱形狀。”
盡管科學(xué)家需要進(jìn)一步研究如何精確控制機(jī)器人晶體的實際應(yīng)用方向和速度，但這一發(fā)現(xiàn)為晶體機(jī)器人新領(lǐng)域打開了一扇大門，并且在更大范圍內(nèi)使我們更接近尋址與人口老齡化有關(guān)的問題。
Koshima指出：“現(xiàn)在的機(jī)器人僵硬沉重，并不適合與人類進(jìn)行互動，我們的晶體可以用作一種新型的柔性機(jī)器人材料，它具有更高的安全性和舒適性，隨著我們社會年齡的增長，我們必須考慮人與機(jī)器人之間的共生關(guān)系，因為機(jī)器人可能會照顧人，包括老年人在不遠(yuǎn)的將來。”
現(xiàn)在正在嘗試生產(chǎn)在超低溫度下發(fā)生相變的機(jī)器人晶體。
原文題目：Robotic crystals that walk n’ roll ?Great potential as soft robotic material of the future
化學(xué)慧納米材料系列產(chǎn)品
