像面条一样的机器人能在没有人类或计算机指导的情况下在迷宫中导航

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来自北卡罗来纳州立大学和宾夕法尼亚大学的研究人员已经开发出了一种软体机器人,能够在没有人类或计算机软件输入的情况下在复杂的环境中导航,例如迷宫。

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“这些软体机器人展示了一个被称为‘物理智能’的概念,这意味着结构设计和智能材料是软体机器人能够在各种情况下导航的原因,而不是计算智能,”关于这项工作的论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系副教授尹杰说。

这种软体机器人由液晶弹性体制成,呈扭曲带状,类似于意大利面,只是半透明的。当将带状软体机器人放在温度至少为 55摄氏度的表面上时,该表面比周围空气更热,带状软体机器人接触表面的部分会收缩,而暴露在空气中的部分则不会。这会在带状软体机器人中引起滚动运动。表面温度越高,它滚动的速度就越快。

“以前有人用光滑的棒子做过,但这种形状有一个缺点 - 当它遇到一个物体时,它只是在原地旋转,”尹杰说。“我们以扭曲的带状形状制作的软体机器人能够在没有任何人类或计算机干预的情况下谈判这些障碍。”

“丝带”机器人通过两种方式做到这一点。首先,如果带状物的一端遇到一个物体,带状物会轻微旋转以绕过障碍物。第二,如果机器人的中央部分遇到一个物体,它就会"啪"地一声。啪的一声是储存的变形能量的快速释放,使带状物在落地前略微跳跃并重新定位。“丝带”机器人可能需要扣动不止一次,然后才能找到一个使它能够穿越障碍物的方向,但最终它总是能找到一条清晰的前进道路。

“在这个意义上,它很像许多人在家里使用的机器人吸尘器,”尹杰说。“只是我们创造的软体机器人从其环境中汲取能量,并且在没有任何计算机编程的情况下运作。”

论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士后研究员赵耀说:“使机器人能够与障碍物谈判的两个动作,即旋转和扣动,是在一个梯度上操作的。如果一个物体接触到带状物的中心,就会发生最强大的扣动。但是,如果一个物体在远离中心的地方接触到带子,带子仍然会扣动,只是力量较小。而且你离中心越远,弹响就越不明显,直到你到达彩带长度的最后五分之一,这时根本不会产生弹响。”

研究人员进行了多项实验,证明这种带状软体机器人能够在各种类似迷宫的环境中航行。研究人员还证明了软体机器人在沙漠环境中能很好地工作,表明它们能够攀登和下降松散沙子的斜坡。

尹杰说:“这很有趣,看着很好玩,但更重要的是它为我们如何设计能够从自然环境中收集热能并自主地谈判复杂的非结构化环境(如道路和恶劣的沙漠)的软体机器人提供了新的见解。”

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