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使用自持水凝胶振荡器构建的软战术游泳机器人

2021年08月18日 三门峡机械设备网

使用自持水凝胶振荡器构建的软战术游泳机器人

加州大学洛杉矶分校(UCLA)和洛杉矶加州纳米系统研究所的研究人员最近开发了一种基于自持水凝胶振荡器的软游泳机器人。该机器人在《科学机器人》杂志上发表的一篇论文中提出,无需电池即可在恒定的光输入下运行。

“当我在柔软,快速响应的水凝胶柱子上照亮光线时,我观察到该柱子开始在光束周围振荡,” Yusen Zhao博士说中国机械网okmao.com。参与研究的学生说。

“这对我来说非常有趣,我想知道:恒定的输入量如何产生间歇性的输出?在什么条件下会发生振荡?它的动力足以推动并在水中游泳并最终导致太阳帆吗?问题,我继续进行系统研究以实现这些目标。”

Zhao和他的同事开发了一种由光响应性软凝胶制成的软振荡器,该凝胶成型为柱状或条状。当光照射到此凝胶柱的某个点时,它会自动被吸收并转化为热量。机器人上局部受热的斑点会使其喷出一些水并缩小体积,从而导致其尾巴朝向光源弯曲。

赵说:“弯曲后,尾巴本身会挡住光线。” “因此,阴影点立即冷却并再次膨胀,这导致尾巴再次下降。此过程迅速重复,从而导致拍打动作持续到光亮为止。”

由于凝胶柱在成分上是均匀的并且在几何上对称,因此它能够响应来自几乎覆盖整个3-D空间的任意方向的光。振荡器具有接近无限的自由度,这对机器人技术来说是一个重要的优势。

研究人员对他们的游泳机器人进行了评估,使其身体漂浮在水面上,尾巴在水线以下,以确定其设计的有效性。

他们发现,当光线照在机器人的尾巴上时,它会上下摆动,最终为机器人提供动力使其远离光线。沿光源方向移动的这一独特功能模仿了许多活体动物(如浮游生物和飞蛾)的趋光行为,提供了一种有用的导航和通过遥控器进行操纵的方式。

“软机器人的美丽在于其设计的简单性,”赵志刚在研究中的主管何希敏告诉TechXplore。“整个机器人是由单一的均质水凝胶制成的,这极大地简化了制造过程并降低了成本。”

为了制造自持水凝胶振荡器并将其制成所需的形状,研究人员将前体溶液注入到预定的模具中,进行UV固化,然后将其从模具中取出。

由于实现机器人的原理非常普遍且广泛适用,因此振荡器可以用多种材料制成。

他说:“发现使用环境能源产生振荡运动的新通用原理令人兴奋。” “通过这种方式,我们意识到持续不断的环境刺激(例如光)可以通过这种简单的材料在水的定向引导下在水中推动和移动,从而产生强大的振荡。

这提供了一种收集环境能量并将其转化为动能的一般方法。能量和许多其他形式的能量来执行有意义的工作。”

在他们的研究中,Zhao,He和他们的同事们揭示了一种利用自然发生的能源产生振荡运动的新方法。采用这种方法构建振荡器的研究人员可以根据希望收获的能量类型,从多种刺激响应材料中进行选择。

研究人员创造的游泳机器人由光振荡驱动,其运动由恒定的光线引导;因此,它不受束缚,无电池且智能。它是有史以来开发的首批完全软的机器人之一,而且重量轻,成本低且易于部署。

水凝胶光振荡

“我们现在计划进一步优化材料,使其能够在更宽的条件下振荡,例如温度,光的波长等。”赵说。“我们也在寻找更多的应用,例如信号感应,能量收集和其他机器人动作。”