华人一作发PNAS！“螺丝粉”变身机器人自主穿迷宫

文| 《。。科学报》记者沈春雷编辑|何涛能在障碍迷宫中独立行走；在柔软的沙丘上，它可以自由活动.它看起来像螺旋形的意大利面条。

但它实际上是一种新型智能软机器人。它发表在5月23日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，由北卡罗来纳州立大学和宾夕法尼亚大学的研究团队共同开发。

那么，“螺蛳粉”是怎么变成机器人的呢？“这种‘螺蛳粉’是由液晶弹性体材料制成的，在55摄氏度的温度下会在表面变形。

论文通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械航空系副教授殷杰向《。。科学报》介绍，“因为它可以感知身体位置，灵活移动，所以我们称之为软机器人。”

可以转弯弹跳。

走迷宫

从上面的。。可以看出，这个螺粉软软的机器人不仅可以转弯，还可以弹跳，从而成功完成了“密室逃脱”。这篇论文的第一作者赵耀是殷杰课题组的博士后，他发现了这个有趣的现象。

他解释说：“我们的软机器人使用自转向和自抓拍来逃离迷宫。”当这种“螺蛳粉”的一端碰到障碍物时，它会绕着障碍物改变方向。

从而实现自主越障；当它的中间部分遇到障碍物时，它会发生形状跳跃，从原来的向前弯曲(凸)变成向后弯曲(凹)，从而转动滚动方向实现自发避障。

自动转向

Self-jumping (selfie)

自我跳跃往往发生在自我翻转困难的时候，赵耀称之为快速释放积累的变形能量的过程。在这个过程中，这个“螺蛳粉”会稍微跳离地面，在落地前重新定位。它还会尝试跳几次，调整滚动的位置和方向。

最后，我自发地找到了一种逃避障碍的方法。"当遇到障碍物时，转弯和跳跃这两种行为对应于软机器人中的一个渐变区域."赵耀说，“当接触点落在身体的中心区域时，柔软的机器人会跳起来；当接触点稍微远离中心区域时，

突跳难度增加；当接触点进一步远离中间，直到两端在体长的1/5以内时，跳跃就会消失，取而代之的是自翻。"

当遇到障碍物时，转弯和跳跃对应于软机器人上的一个渐变区域。

「无芯片程序控制」以往的研究发现，圆柱形液晶弹性体制成的软体机器人在一定温度下可以自发滚动，但它们会在障碍物前空转。“我们的螺蛳粉软机器人在遇到障碍物时有着截然不同的表现。

”殷杰说，“与以往的研究不同，通过给软机器人注入自主决策的能力，它可以独立跨越障碍，逃离预设的迷宫。

“为什么以前的研究没有让软机器人成功越障？赵耀告诉《。。科学报》:“材料仍然是最初的研究材料，但我们改变了材料的形状。在试着拉、弯、扭之后，

我发现拉伸和弯曲并没有带来明显的变化，但是适当的扭转后发生了很大的变化。当扭曲的软机器人被放在55摄氏度以上的加热表面上时，赵耀观察到其底部与热表面接触的部分开始收缩。

但是，暴露在室温下的其他部分不会收缩。在这种不对称变形下，柔性机器人微微向前弯曲，从而驱动其自发向前滚动。在殷杰看来，他们开发的软体机器人有点像家用扫地机器人。

因为它可以移动一些重量不超过自身重量的物体。他还指出：“与基于大脑运作的生物智能不同，这是一种基于物理智能的智能软机器人。它没有芯片程序控制，而是利用环境中的热量来实现感知和运动。”

扫地

希望能在太空行走

在实验中，这种“螺蛳粉”可以从户外自然环境中吸收能量，实现自发滚动，比如在晴天爬上屋顶或户外的烧烤架。

晴天在屋顶或户外烧烤架上爬行。

"热表面的温度越高，轧制速度越快."赵耀向《。。科学报》介绍，“我们研制的软体机器人自主运动的温度范围是55 ~ 200摄氏度。”研究人员试图把柔软的机器人放在暴露在烈日下的地面上。

但因为温度不够高，其无法实现自主运动。哪里的地表温度可以达到55摄氏度以上呢？研究人员想到了沙漠。一般机器人在沙漠行走比较困难。但赵耀发现，这款软体机器人可以在各种类似沙漠环境的松散沙地上行走，

如履平地。这得益于其锯齿状的轮廓外形，可以通过嵌入沙地来增加爬行抓力，从而在攀爬沙丘时有效地避免打滑或深陷。不仅是沙地，它还成功穿过了凹凸不平的细石子路。尹杰希望未来可以设计一款智能软体机器人，

通过吸收自然界环境中的热量作为能量源，从而自主穿越沙漠等复杂的环境来采集地表信息，并应用于恶劣环境监测与救援等。他还大开脑洞地展望：“如果液晶弹性体材料能适应更低的温度，并能集成微型传感器，

我们有望制成能在太空行走的软体机器人。”相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.220026511