比鳗鱼还软的柔性机器人

zgwk2016

最近，中国机器人高端智能装备产业网获悉MIT的亚洲工程师们发明出了一种透明的、以凝胶制成的机器人，看上去有点像鳗鱼。这些机器人可以执行一些快速而需要力量的任务，包括在水下踢球，抓住和释放活鱼！

而这些机器人完全由水凝胶制成。

水凝胶是一种坚固的而近乎透明的橡胶状材料，主要由水组成。每个机器人都是一个中空的、精确设计的水凝胶结构的组合，同时它连接到橡胶管。当研究人员将水注入水凝胶机器人时，这个结构就会迅速膨胀，使机器人能够卷曲或拉伸。

该团队开发并设计了好几钟水凝胶机器人品牌，包括一个可以来回摆动的鱼鳍状机器人，一个可以作出“踢”的动作的机器人，以及一个柔软的、可以进行“捏紧”和“放松”动作的手形机器人 。

由于这些机器人都是由水驱动、并且几乎完全由水构成，因此它们具有与水类似的视觉和声学特性。研究人员认为，如果将这些机器人用于水下环境，它们几乎就像透明的一样。

这支开发团队由两位亚洲学者——麻省理工学院机械工程与环境工程的华人副教授赵选贺与韩国研究生玉云吴（音译）领导，目前该团队正在试图将水凝胶机器人应用于医疗领域。

在过去五年中，这支研究队伍一直在开发水凝胶，尝试将高分子材料和水混合起来，并使用他们发明的技术制造坚韧但高度可拉伸的材料。

他们还开发了一种技术，将这些水凝胶粘合到各种材料的表面，如玻璃、金属、陶瓷和橡胶，使得水凝胶具备极强的抗剥离的粘合性。

该团队认识到，这种耐用、灵活、强力粘合的水凝胶可能是用于软体机器人的理想材料。

虽然之前许多研究团队也设计过橡胶、硅胶材料的软体机器人。但是赵教授指出，这些材料并不像水凝胶那样具有生物相容性。

水凝胶主要由水组成，他们在生物医学环境中使用自然更安全。尽管其他人试图用水凝胶制造软体机器人，但是他们的设计方案制造出来的却是易脆的、相对不灵活的材料，这些材料在重复使用后就会破裂。

相比之下，赵教授的团队发现自己的研究方案和成果可以很好地适用于软体机器人。玉云吴认为：我们最初没有想到软机器人项目，但我们意识到，也许我们的专业知识和技能可以将这些‘果冻’变成强大的执行器和机器人结构。

为了将其水凝胶材料应用于软机器人，研究人员首先考察了动物世界。他们主要观察了小头虱和玻璃鳗鱼，后者是微小、透明、水凝胶状的鳗鱼幼体，在海洋中孵化，最终迁移到自然的河流栖息地。

“这是一段非常漫长的旅行，过程中没有可以进行保护的手段。它们似乎试图通过变成透明的形式来进行有效的伪装。我们希望达到这样类似的透明度、力度和速度。”

为了做到这一点，玉云吴和赵选贺使用3D打印和激光切割技术，将水凝胶打印成机器人结构和其他中空单元，然后将这些单元与连接到外部泵的小型橡胶管接合。

在使用多种水凝胶机器人设计的实验中，研究团队发现，这些结构被循环使用最多1000次也不会破裂。他们还发现，当把这些机器人放在水下，以彩色图案为背景时，它们几乎完全是不可见的。

在项目演示中，该团队制造了一个手状的机器人抓爪，并将水抽入、抽出， 使手可以打开和关闭。研究人员将这个抓手放入金鱼缸中。当鱼群游过，抓手可以快速地跟上鱼群。

“机器人几乎是透明的，很难看到。当你释放鱼的时候，你会很开心地发现，机器人很软，所以不会伤害鱼。想象一下，一个坚硬的机器手可能会捏碎一条鱼。”

中国机器人高端智能装备产业网认为，接下来研究人员计划进一步确定水凝胶机器人采购的具体应用，然后根据特定用途，量身打造制作方案。例如，医疗应用可能不需要完全透明的结构，而其他应用可能需要机器人的某些部分比其他部分更坚硬。