機(jī)器人通常需要供電才能運(yùn)動(dòng)，沒有電就意味著沒有運(yùn)動(dòng)，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(jī)、伺服系統(tǒng)或電源的情況下自行推進(jìn)的機(jī)器人。這些先進(jìn)的機(jī)器人通過水中的槳來劃動(dòng)前進(jìn)的，推動(dòng)槳運(yùn)動(dòng)的開關(guān)是一種可以隨溫度變化而變形的材料。

這項(xiàng)研究模糊了材料和機(jī)器人之間的界限。在自主裝置中，材料本身使機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)器人?！痹撜撐陌l(fā)表在5月15日出版的美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊上。

新的推進(jìn)系統(tǒng)依賴于一種柔性聚合材料，它遇冷時(shí)會(huì)卷曲，遇熱時(shí)會(huì)伸展。聚合物被定位為激活機(jī)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(gè)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(dòng)時(shí)，它會(huì)從一個(gè)位置卡到另一個(gè)位置。

當(dāng)冷機(jī)器人放置在溫水中時(shí)，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(jī)器人向前移動(dòng)。聚合物條也可以“被調(diào)整”以便在不同的時(shí)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(zhǎng)時(shí)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)能夠以不同速度轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)的機(jī)器人。

這項(xiàng)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(hào)并建立類似計(jì)算機(jī)的邏輯門。

在最新的設(shè)計(jì)版本中，Daraio團(tuán)隊(duì)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(jī)器人向前推進(jìn)，放下一個(gè)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(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)結(jié)合在一起，我們就能夠?qū)⒕幊糖度氩牧现校瑘?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(jī)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(jī)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(shí)，它們必須手動(dòng)復(fù)位以便再次工作。接下來，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃探索重新設(shè)計(jì)雙穩(wěn)態(tài)元素的方法，以便當(dāng)水溫再次變動(dòng)時(shí)，它們可以自我復(fù)位，只要水溫度保持波動(dòng)，它們就可以不停地動(dòng)作。