论文作者陈刚胜（左）和陈艺探究仿生软体机器人的致动行为。受访者供图
□ 南京日报/紫金山新闻记者 何洁
实习生 王凌云
见过不用遥控器控制的机器人吗？不仅如此，这款软体机器人还能感知外界环境、自我决策和运动。4月23日，记者从东南大学获悉，该校生物科学与医学工程学院POCT课题组刘宏研究员和马标博士受植物向重性启发，将液态金属与智能热响应液晶弹性体结合，构建了无电子控制的仿生智能软体机器人，相关研究成果于近日发表于核心期刊《尖端科学》。
由机械零件组装的机器人并不少见，但软体机器人长啥样？在东南大学现场快速检测实验室，记者见到了这一仿生智能软体机器人。它的样貌着实让人出乎意料，与常见的机器人不同，它就像一片条状软“皮肤”，只有小拇指节大小，正面还涂有带状银色图案，动起来的形态就像一只小蚱蜢，体重仅有1克。小身体却能迸发大能量，论文第一作者、东南大学生物科学与医学工程学院博士生陈刚胜展示了仿生智能软体机器人的重力感知和柔性抓手实验：重力感知实验中，软体机器人在通电的情况下会发生弯曲，改变整体姿态，弯曲角度也随之变化。可交互的柔性抓手实验中，机器人可以通过翻转抓手使其自动抓取和释放物品，非常灵活。
“它的‘秘密武器’就是特殊的‘皮肤’材料和银色图案。”东南大学至善博士后、论文共同第一作者马标介绍，“这块柔软的‘皮肤’是一种智能热响应材料——液晶弹性体，遇热就会像‘肌肉’一样收缩，冷却则会舒张；而上面银色图案则是用一种液态金属——镓铟合金绘制的电路。我们利用液态金属在其纳米氧化层内的流动性和电热特性，构建了这种具有重力感知能力的智能仿生软体机器人。”
马标告诉记者，液态金属暴露于空气中会形成一层氧化层，室温下就可以在氧化层内平缓地流动，流动导致电阻变化，相应的焦耳热也会变化，这就使得液晶弹性体发生收缩和舒张，利用液态金属流体重力感知能力，进一步实现了软体机器人自振荡的功能。
在此基础上，科研人员结合具有非线性力学特性的聚酰亚胺带状弹簧，构建了自调节振荡器，设计出这款具备地形感知能力的定向爬行机器人，如何行动可以“自己做主”。这款机器人呈现“几”字形，躯干是自调节振荡器，两端是长度和摩擦系数均不同的足部。在通电后，躯干的振荡器开始工作，带动足部弹出和恢复，如此往复进而产生位移。
植物的向重性给课题组开展上述研究带来灵感。“自然界中，植物不具有神经控制系统却仍然能适应变化的外界环境，如向日葵追随着阳光，爬山虎沿着墙壁生长，捕蝇草可以捕获飞虫等。植物的这些适应行为得益于其所具有的分布式智能，每个器官都能实现感知、决策和驱动能力，例如根能寻找水源、茎攀附生长躲避障碍。”陈刚胜说，这项研究成果也是在软体机器人上首次将重力感知、驱动、决策集为一体。
马标表示，相比传统的刚体机器人，基于柔性智能材料构筑的软体机器人具有更高的运动自由度、更好的环境共融性和交互安全性，在可穿戴设备、智能人机交互、医疗手术等诸多领域有着广泛的应用前景，“比如在极端复杂的电磁环境下，这种无电子控制的机器人依旧可以来去自如；在医学上，它有望代替手术刀完成一些无法完成的手术等。”
原文网址：
http://www.njdaily.cn/news/2024/0425/5565517372185072889.html
