柔軟的多功能機器人非常小巧

機器人專家正在設(shè)想一個未來，在這個未來中，柔軟的，動物啟發(fā)的機器人可以安全地部署在難以進(jìn)入的環(huán)境中，例如人體內(nèi)部或?qū)θ祟悂碚f太危險的空間，其中剛性機器人目前不能用過的。已經(jīng)創(chuàng)建了厘米大小的軟機器人，但到目前為止還無法制造能夠以較小尺寸移動和操作的多功能柔性機器人。

哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所，哈佛John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)和波士頓大學(xué)的研究團(tuán)隊現(xiàn)在通過開發(fā)一種能夠設(shè)計軟機器人的集成制造工藝來克服這一挑戰(zhàn)。具有微米級特征的毫米級。為了展示他們的新技術(shù)的能力，他們創(chuàng)造了一種機器人軟蜘蛛 - 靈感來自毫米大小的彩色澳大利亞孔雀蜘蛛 - 來自單一的彈性材料，具有塑身，運動和顏色特征。該研究發(fā)表在Advanced Materials上。

“最小的軟機器人系統(tǒng)仍然非常簡單，通常只有一個自由度，這意味著它們只能驅(qū)動一種特定的形狀或運動類型的變化，”Sheila Russo博士說，該研究的作者。Russo在Wyss Institute和SEAS擔(dān)任Robert Wood小組的博士后研究員，現(xiàn)在是波士頓大學(xué)的助理教授。“通過開發(fā)融合了三種不同制造技術(shù)的新混合技術(shù)，我們創(chuàng)造了一種僅由硅橡膠制成的軟機器人蜘蛛，具有18個自由度，包括結(jié)構(gòu)，運動和顏色的變化，以及微米范圍內(nèi)的微小特征。 “

伍德博士是Wyss研究所Bioinspired Soft Robotics平臺的核心教員和共同領(lǐng)導(dǎo)者，以及SEAS的Charles River工程和應(yīng)用科學(xué)教授。“在軟機器人設(shè)備領(lǐng)域，這種新的制造方法可以為實現(xiàn)類似水平的復(fù)雜性和功能鋪平道路，這種復(fù)雜性和功能在這種小規(guī)模上與剛性對應(yīng)物所展示的一樣。在未來，它還可以幫助我們模擬和理解結(jié)構(gòu)小型動物的功能關(guān)系比剛性機器人好得多，“他說。

在他們用于可重構(gòu)氣動/液壓(MORPH)設(shè)備的Microfluidic Origami中，該團(tuán)隊首先使用軟光刻技術(shù)生成12層彈性硅膠，這些硅膠共同構(gòu)成了軟蜘蛛的材料基礎(chǔ)。使用激光微加工技術(shù)精確地從模具中切割出每一層，然后粘合到下面的一層以形成軟蜘蛛的粗糙三維結(jié)構(gòu)。

將這種中間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為最終設(shè)計的關(guān)鍵是預(yù)先設(shè)想的中空微流體通道網(wǎng)絡(luò)，其整合到各個層中。使用稱為注射誘導(dǎo)自折疊的第三種技術(shù)，加壓一組這些集成的微流體通道，其具有來自外部的可固化樹脂。這引起單獨的層，并且還有它們的相鄰層，以局部彎曲成它們的最終構(gòu)型，當(dāng)樹脂硬化時，該構(gòu)造固定在空間中。這樣，例如，軟蜘蛛的腹部腫脹和向下彎曲的腿成為永久性的特征。

“我們可以通過改變不同層上通道附近的硅樹脂材料的厚度和相對一致性，或通過不同距離通道的激光切割，精確控制折紙式折疊過程。在加壓過程中，通道起到執(zhí)行器的作用導(dǎo)致永久性結(jié)構(gòu)變化，“首先和相應(yīng)的作者Tommaso Ranzani博士說，他是Wood集團(tuán)的博士后研究員，現(xiàn)在也是波士頓大學(xué)的助理教授。

剩余的一組集成微流體通道被用作額外的致動器，以使眼睛著色并通過流動有色流體模擬孔雀蜘蛛物種的腹部顏色圖案; 并引起腿部結(jié)構(gòu)中的行走式運動。“這個第一個MORPH系統(tǒng)是在單個整體工藝中制造的，可以在幾天內(nèi)完成，并且可以在設(shè)計優(yōu)化工作中輕松迭代，”Ranzani說。

“MORPH方法可以為那些更專注于醫(yī)療應(yīng)用的研究人員開辟軟機器人領(lǐng)域，這些機器人的尺寸和靈活性較小，可以為內(nèi)窺鏡和顯微外科提供全新的方法，”Wyss Institute創(chuàng)始總監(jiān)Donald Ingber說。醫(yī)學(xué)博士，博士