軟機(jī)器人利用濕度梯度來(lái)產(chǎn)生信號(hào)

萊特-帕特森空軍基地美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的一組研究人員開發(fā)了一種不用電就能產(chǎn)生信號(hào)的軟機(jī)器人。在他們發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的論文中，研究人員描述了他們對(duì)折紙物件的研究，以及它們可能被用作信號(hào)設(shè)備和邏輯門。

當(dāng)然，折紙是一種把紙折成有趣的東西的藝術(shù)。在這項(xiàng)新的努力中，研究人員將這種古老的藝術(shù)形式作為軟機(jī)器人的可能構(gòu)件。研究小組使用了聚丙烯薄片代替紙張——它可以從大氣濕度中吸收水分而不失去其主要形態(tài)。然而，當(dāng)放在潮濕的環(huán)境中，它確實(shí)會(huì)失去一些硬度。研究人員利用這一現(xiàn)象，將這些薄片用作機(jī)械致動(dòng)器。

他們發(fā)現(xiàn)，如果他們?cè)谀承┑胤綇澢矄危矄螘?huì)在潮濕的環(huán)境下變平。相反，當(dāng)暴露在更干燥的空氣中時(shí)，床單會(huì)再次上升。研究人員指出，這種在不同狀態(tài)之間移動(dòng)的能力，使紙可以作為觸發(fā)其他類型設(shè)備或機(jī)器行動(dòng)的觸發(fā)器。它還允許僅使用基于環(huán)境條件的聚丙烯在濕度梯度上的表現(xiàn)方式來(lái)產(chǎn)生信號(hào)。在適當(dāng)?shù)臈l件下，薄片可以以兩種狀態(tài)存在，平的或直立的，這表明它們可以用作邏輯門。

在測(cè)試他們的想法時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把幾張紙連接在一起時(shí)，他們可以分享信息，執(zhí)行布爾邏輯，甚至四處移動(dòng)。他們聲稱，這表明它們廣泛應(yīng)用于各種軟機(jī)器人應(yīng)用，其中一些可能包括執(zhí)行通常由基于數(shù)字的機(jī)器完成的功能。

由于一些預(yù)期的好處，軟機(jī)器人技術(shù)是一個(gè)很有前途的領(lǐng)域。人們相信，這種機(jī)器人在處理精細(xì)物品方面會(huì)做得更好。能夠自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)的軟機(jī)器人有望提供諸如給空調(diào)系統(tǒng)發(fā)信號(hào)或僅根據(jù)濕度水平操縱物體等服務(wù)。

進(jìn)一步探索

機(jī)器人通過(guò)連續(xù)的感知-決定-響應(yīng)控制回路，自主地與環(huán)境進(jìn)行交互。最常見的是，決定步驟發(fā)生在中央處理單元;然而，柔性機(jī)器人的剛性電子器件與柔性體之間的剛度不匹配會(huì)阻礙柔性機(jī)器人系統(tǒng)的集成。我們開發(fā)了一個(gè)可編程機(jī)械計(jì)算的框架嵌入到軟機(jī)器人的結(jié)構(gòu)中，可以增強(qiáng)傳統(tǒng)的數(shù)字電子控制方案。以一個(gè)折紙水炸彈作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我們展示了一個(gè)1位的機(jī)械存儲(chǔ)設(shè)備，它可以根據(jù)時(shí)變的環(huán)境信號(hào)進(jìn)行寫入、刪除和重寫。此外，我們證明了在連接的折紙單元之間的機(jī)械耦合可用于編程一個(gè)機(jī)械位的行為，產(chǎn)生諸如和、或和三個(gè)輸入多數(shù)門等邏輯門，以及在機(jī)械門之間傳輸信號(hào)。嵌入式機(jī)械學(xué)為增強(qiáng)軟機(jī)器人和機(jī)器的自主性和智能性提供了一條途徑。