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超越現(xiàn)實生活中的同行仿水母的軟體機(jī)器人

北卡羅萊納州立大學(xué)和天普大學(xué)的工程研究人員開發(fā)了受水母啟發(fā)的軟機(jī)器人，這些機(jī)器人可以超越現(xiàn)實生活中的同行。實際上，新的水母機(jī)器人強(qiáng)調(diào)了一種使用預(yù)應(yīng)力聚合物使軟機(jī)器人更強(qiáng)大的技術(shù)。北卡羅來納州立大學(xué)機(jī)械和航空航天工程學(xué)助理教授杰因說：“我們以前的工作集中在制造受獵豹啟發(fā)的軟機(jī)器人，盡管這些機(jī)器人非常快，但它們的內(nèi)脊仍然堅硬?！?關(guān)于新作品的論文?！拔覀兿胫圃煲粋€沒有內(nèi)脊的完全軟的機(jī)器人，它仍然利用在兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間切換的概念，以使軟機(jī)器人更強(qiáng)大，更快速地運(yùn)動。而我們受到啟發(fā)的動物之一是水母。” 研究人員使用相同彈性聚合物的兩個粘合層創(chuàng)建了他們的新軟機(jī)器人。一層聚合物被預(yù)應(yīng)力或拉伸。第二層未施加預(yù)應(yīng)力，并包含空氣通道。尹說：“我們可以通過將空氣泵入通道層來使機(jī)器人‘彎曲’，而我們可以通過控制預(yù)應(yīng)力層的相對厚度來控制彎曲的方向。” 運(yùn)作方式如下。當(dāng)與第三無應(yīng)力層（稱為中間層）結(jié)合使用時，預(yù)應(yīng)力層希望沿特定方向移動。例如，您可能有一塊聚合條，它已通過向兩個方向拉動而受到了預(yù)應(yīng)力。將預(yù)應(yīng)力材料附著到中間層后，最終結(jié)果將是一個想要彎曲的雙層條，就像皺著眉頭的臉一樣。如果該雙層條帶（也稱為預(yù)應(yīng)力層）比帶有空氣通道的層薄，那么當(dāng)空氣被泵入通道層時，皺眉曲線將彎曲成微笑曲線。但是，如果預(yù)應(yīng)力層的厚度大于通道層的厚度，則在將空氣泵入通道層時，皺眉會變得越來越明顯。無論哪種方式，一旦允許空氣離開通道層，實際上，這個簡單的示例描述了研究團(tuán)隊創(chuàng)建的一種軟機(jī)器人，即快速移動的軟履帶。它像一個幼蟲在卷曲身體，然后向前跳躍，迅速釋放出儲存的能量。水母機(jī)器人稍微復(fù)雜一點，將預(yù)應(yīng)力的盤狀層沿四個方向拉伸（考慮將其同時向東和向西拉，然后同時向南和向北拉）。通道層也不同，由環(huán)形空氣通道組成。最終結(jié)果是一個看起來像水母的圓頂。當(dāng)水母機(jī)器人“放松”時，圓頂像一個淺碗一樣彎曲。當(dāng)空氣被泵入通道層時，圓頂迅速彎曲，將水推出并向前推動。在實驗測試中，水母機(jī)器人的平均速度為每秒53.3毫米?？紤]到研究人員檢查的三種水母沒有一個比平均每秒30毫米的速度快，這還不錯。最后，研究人員創(chuàng)造了一個三管齊下的抓地機(jī)器人。大多數(shù)抓手在“放松”時會張開，并需要能量才能將其提起并從A點移動到B點。但是，Yin和他的合作者使用預(yù)應(yīng)力層來創(chuàng)建抓手，其默認(rèn)位置為固定狀態(tài)關(guān)閉。打開夾持器需要能量，但是一旦夾持器就位，夾持器將返回其“靜止”模式，即保持貨物緊緊。

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