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研究发现有种可以让机器人自我修复以及自动收到环境能量的材料！

大学仕 2021-02-03 09:35

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研究人员发现了如何制造仅靠自身环境中的能量流就可以自我恢复的材料。这一发现可能对希望从玩具到机器人的可持续来源的各个行业中，并且有望进一步使我们了解自然界如何推动某些类型的运动。

想象一个橡皮筋在多次被剪断后能自我修复，或者一个小型机器人，它可以跳上由自身能量推动的一系列楼梯。麻萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员发现了仅依靠周围环境中的能量就可以自我恢复的材料。这一发现可能对可持续来源的各个行业有用，并且有望进一步使我们了解自然界如何推动某些类型的运动。

UMass Amherst自然科学学院高分子科学与工程教授Al Crosby和Crosby研究组的研究生Yongong Kim以及荷兰代尔夫特理工大学的客座研究员Jay Van den Berg被发现一个平凡的实验中的物理过程，涉及观察凝胶条的干燥情况。研究人员观察到，当长而有弹性的凝胶条由于蒸发而失去内部液体时，条会移动。大多数动作都很缓慢，但是每隔一段时间，它们就会加速。这些更快的运动是快速不稳定性，随着液体进一步蒸发，这种不稳定性继续发生。进一步的研究表明，材料的形状很重要，并且条带可能会自行复位以继续移动。

克罗斯比在解释这项研究时说：“许多动植物，特别是小型动植物，都使用像弹簧和闩锁那样的特殊部件，以帮助它们真正快速地移动，比仅带肌肉的动物要快得多。” “像维纳斯捕蝇器这样的植物就是这种运动的典范，动物世界中的蚱hopper和下颚蚂蚁也是如此。捕捉不稳定性是大自然将弹簧和闩锁结合在一起的一种方式，并越来越多地用于在水中快速运动。小型机器人和其他设备，以及像橡皮弹出器之类的玩具，但是，大多数此类抓取设备都需要电动机或人的手来保持运动。有了这个发现，可能会有各种各样的应用不需要电池或电动机燃料运动。”

金解释说，在从干燥带上学习了基本的物理原理之后，该团队尝试了不同的形状，以找到最可能以预期方式发生反应的形状，并且这些形状会不断重复移动，而无需任何马达或手即可将它们复位。该团队甚至表明，重新成形的条带可以完成工作，例如自己爬上楼梯。

Crosby继续说：“这些课程说明了材料如何利用与环境的相互作用（例如通过蒸发）来产生强大的运动，它们对于设计新的机器人非常重要，尤其是在难以安装电动机，电池或其他能源的小尺寸机器人中来源。”

克罗斯比及其小组的最新研究成果是由美国陆军研究室资助的大型多学科大学研究计划的一部分，该研究室是美国陆军作战能力发展司令部的陆军研究实验室的一部分，由杜克大学生物学教授希拉·帕特克（Sheila Patek）领导，旨在从快速移动的生物体中发现许多类似的机制，并将其转化为新的工程设备。

陆军研究部主任拉尔夫·安特尼安（Ralph Anthenien）说：“这项工作是一项更大的跨学科工作的一部分，该工作旨在了解生物和工程冲动系统，这些系统将为可伸缩的方法产生基础，这些方法可为机械作用以及储能结构和材料产生力。”办公室，是美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的组成部分。“这项工作将来在陆军和国防部的致动和动力系统中将有无数的潜在应用。”

来源：贤集网

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