哈佛大學的一個由具有3D打印，機械工程和微流體方面專業(yè)技術的研究人員組成的團隊展示了第一個自主的，無纜的，完全柔軟的機器人。這個綽號為“octobot”的3D打印的小機器人可以為新一代完全柔軟的自治機器人鋪平道路。
軟機器人可以徹底改變?nèi)祟惻c機器互動的方式。但研究人員一直在努力建立完全兼容的機器人。電源和控制系統(tǒng)——如電池和電路板——是剛性的，直到現(xiàn)在，軟體機器人或者是通過電纜連接到一個板外系統(tǒng)，要不就是裝有硬的部件。
哈佛大學約翰 A.保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的Charles River工程與應用科學名譽教授Robert Wood，和Hansjorg Wyss仿生工程名譽教授Jennifer A. Lewis領導了這項研究。Lewis和Wood也是哈佛大學Wyss仿生工程研究院的核心成員。
“軟機器人領域長期以來的一個愿景是制作完全柔軟的機器人，但長久以來的努力一直是在用類似的軟系統(tǒng)來替換電池和電子控制等剛性組件，然后把它組裝在一起，”Wood說。“而這項研究表明，我們可以很容易地制造簡單的，完全柔軟的機器人的關鍵部件，這為更復雜的設計奠定了基礎。”
這一研究成果發(fā)表在了《自然》雜志上。
“通過我們的混合動力方法，我們能夠以一種快速的方式來3D打印軟機器人身體所需的每一個功能部件，包括燃料儲存，動力和驅(qū)動，”Lewis說。“octobot是一個旨在展示我們在嵌入式自主功能模塊上的綜合設計和增材制造戰(zhàn)略的簡單實施案例。”
章魚長久以來一直是軟體機器人的靈感來源。這些奇怪的生物可以不需要內(nèi)部骨架而表現(xiàn)出難以置信的力量和敏捷專長。
哈佛大學的octobot是以氣動為基礎的，即，它是由氣體壓力來驅(qū)動的。在該機器人中的一個反應將少量的液體燃料（過氧化氫）轉(zhuǎn)化為大量的氣體，這些氣體流入octobot的手臂，并使它們像氣球一樣膨脹。
“軟體機器人的燃料來源一直依賴于某種類型的剛性部件，”Michael Wehner說，他是Wood實驗室的一名博士后和這篇文章的共同第一作者。“過氧化氫的奇妙之處在于，該化學品與催化劑——在這里是鉑——之間的一個簡單的反應就使我們能夠取代剛性電源。”
為了控制這個反應，該團隊采用了一種基于合著者化學家George Whitesides的開創(chuàng)性研究成果的微流控邏輯回路，George Whitesides是Woodford L.和Ann A. Flowers大學教授以及Wyss研究所的核心成員。該回路，軟性模擬了一個簡單電子振蕩器，控制著octobot中的過氧化氫什么時候分解成氣體。
“整個系統(tǒng)制作起來非常簡單，通過將三種制備方法結合起來——軟光刻技術，模壓和3D打印——我們可以快速制造這些器件，”Ryan Truby說，他是Lewis實驗室的一名研究生以及該文章的共同第一作者。
裝配過程的簡單性為更復雜的設計鋪平了道路。接下來，這個哈佛大學的團隊希望設計一個可以爬行、游泳和與環(huán)境互動的octobot。
“這項研究只是一個概念證明，”Truby說。“我們希望我們創(chuàng)作自主軟體機器人的方式能夠激發(fā)機器人學家，材料科學家和研究人員專注于先進制造業(yè)，”
該論文另外的合著者包括Wyss研究所的Daniel Fitzgerald和康奈爾大學的Bobak Mosadegh。該研究由美國國家科學基金會通過哈佛大學材料科學與工程研究中心和Wyss研究所資助。
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