機器人通常需要供電才能運動，沒有電就意味著沒有運動，不過，加州理工學(xué)院和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的工程師已開發(fā)出能夠在不使用任何電機、伺服系統(tǒng)或電源的情況下自行推進的機器人。這些先進的機器人通過水中的槳來劃動前進的，推動槳運動的開關(guān)是一種可以隨溫度變化而變形的材料。

這項研究模糊了材料和機器人之間的界限。在自主裝置中，材料本身使機器發(fā)揮作用。論文的第一作者、加州理工學(xué)院工程和應(yīng)用科學(xué)系機械工程和應(yīng)用物理教授Daraio 表示，“我們的例子表明，我們可以使用結(jié)構(gòu)材料變形，以響應(yīng)環(huán)境線索，控制和推動機器人?！痹撜撐陌l(fā)表在5月15日出版的美國國家科學(xué)院院刊上。

新的推進系統(tǒng)依賴于一種柔性聚合材料，它遇冷時會卷曲，遇熱時會伸展。聚合物被定位為激活機器人內(nèi)部的開關(guān)，此開關(guān)又連接到一排類似于劃艇的槳上。

開關(guān)由雙穩(wěn)態(tài)元件制成，該元件可以穩(wěn)定在兩個不同的幾何形狀中。它由彈性材料條制成，當(dāng)被聚合物推動時，它會從一個位置卡到另一個位置。

當(dāng)冷機器人放置在溫水中時，聚合物伸出，激活開關(guān)，由此產(chǎn)生的突然釋放的能量使機器人向前移動。聚合物條也可以“被調(diào)整”以便在不同的時間給出特定的響應(yīng)：也就是說，較厚的條相比較薄的條將需要較長時間來預(yù)熱，伸展并最終激活它的槳。這種可調(diào)節(jié)性讓團隊設(shè)計能夠以不同速度轉(zhuǎn)動和移動的機器人。

這項研究是基于加州理工學(xué)院航空航天教授Daraio和Dennis Kochmann的前期工作。他們使用雙穩(wěn)態(tài)元件鏈來傳輸信號并建立類似計算機的邏輯門。

在最新的設(shè)計版本中，Daraio團隊和合作者能夠?qū)⒕酆衔镌睾烷_關(guān)連接起來，從而使四槳機器人向前推進，放下一個小的有效載荷，然后向后劃槳。

PNAS論文的第一作者、加州理工學(xué)院博士后學(xué)者Osama R. Bilal說，“將簡單的運動結(jié)合在一起，我們就能夠?qū)⒕幊糖度氩牧现?，?zhí)行一系列復(fù)雜的行為?！?在未來，可以添加更多的功能和響應(yīng)性，例如使用響應(yīng)其他環(huán)境線索的聚合物，如pH或鹽度。研究人員說，機器人的未來版本可能含有化學(xué)物質(zhì)泄漏，或者尺寸更小的機器人可以遞送藥物。

目前，當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)元件捕捉并釋放它們的能量時，它們必須手動復(fù)位以便再次工作。接下來，團隊計劃探索重新設(shè)計雙穩(wěn)態(tài)元素的方法，以便當(dāng)水溫再次變動時，它們可以自我復(fù)位，只要水溫度保持波動，它們就可以不停地動作。