研究人员开发了一种新的软机器人设计，它可以同时执行三种行为：向前滚动、像唱片一样旋转以及沿着围绕中心点的轨道运动。该设备无需人工或计算机控制即可运行，有望开发可用于导航和绘制未知环境的软机器人设备。该图像显示了机器人绘制有限空间边界所采取的路径。
研究人员开发了一种新的软机器人设计，它可以同时执行三种行为：向前滚动、像唱片一样旋转以及沿着围绕中心点的轨道运动。该设备无需人工或计算机控制即可运行，有望开发可用于导航和绘制未知环境的软机器人设备。
新的软机器人被称为扭曲环机器人。它们由丝带状液晶弹性体制成，像罗蒂尼面条一样扭曲，然后在末端连接在一起，形成类似手镯的环。当机器人放置在温度至少为 55 摄氏度(131 华氏度)且比周围空气更热的表面上时，色带接触表面的部分会收缩，而色带暴露在空气中的部分则收缩。不是。这会引起滚动运动;表面越暖，机器人滚动得越快。
“丝带在水平轴上滚动，为环提供了前进的动力，”该研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授尹杰说。
扭曲的环形机器人也沿着其中心轴旋转，就像转盘上的唱片一样。当扭曲的环形机器人向前移动时，它会沿着围绕中心点的轨道运行，本质上是在绕一个大圆圈移动。然而，如果扭曲的环形机器人遇到边界——比如盒子的壁——它就会沿着边界移动。
“这种行为对于绘制未知环境特别有用，”尹说。
扭曲的环形机器人是其行为由物理智能控制的设备的例子，这意味着它们的行为是由它们的结构设计和制造材料决定的，而不是由计算机或人工干预来指导。
研究人员能够通过设计设备的几何形状来微调扭曲环形机器人的行为。例如，他们可以通过向一侧或另一侧扭转丝带来控制扭转环形机器人的旋转方向。改变色带宽度、色带扭转次数等都会影响速度。
“无论扭曲的环形机器人被引入到这些空间的何处，它都能够到达边界并沿着边界线绘制空间的轮廓 - 无论是正方形、三角形等，”齐方杰说，该论文的第一作者和博士学位。北卡罗来纳州立大学的学生。“它还可以识别边界中的间隙或损坏。
“我们还能够通过在空间中引入两个扭曲的环形机器人来绘制更复杂空间的边界，每个机器人以不同的方向旋转，”齐说。“这导致他们沿着边界采取不同的路径。通过比较两个扭曲环形机器人的路径，我们能够捕捉到更复杂空间的轮廓。”
“原则上，无论一个空间多么复杂，如果你引入足够多的扭曲环形机器人来绘制整个图景，并且每个机器人都给出其中的一部分，那么你就能够绘制它的地图，”尹说。“而且，考虑到这些产品的生产成本相对较低，这是可行的。
“软机器人技术仍然是一个相对较新的领域，”尹说。“寻找以可重复的工程方式控制软机器人运动的新方法推动了该领域的发展。加深我们对可能性的理解是令人兴奋的。”
这篇题为“自主周期性翻转自旋轨道软机器人的缺陷扭曲环拓扑”的论文将于 1 月 8 日这一周发表在《国家科学院院刊》上。该论文由北卡罗来纳州立大学博士后李彦斌和赵耀共同撰写;洪耀业，最近获得博士学位。北卡罗来纳州立大学毕业生;清海涛博士 北卡罗来纳州立大学的学生。
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