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江苏省江西机械商会 - 机械行业协会服务平台

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“花式气球”启发一篇 Nature 封面论文,科学家开

作者:?江西省机械行业商会 更新时间:?2021年12月15日 08:39:31 游览量:?61

简述:

(来源:Nature)这是一条正在翻转尾巴的小鱼。(来源:Nature)这是一根根弯曲的 手指 ,就像弹钢琴一样。它们外观

“花式气球”启发一篇 Nature 封面论文,科学家开

(来源:Nature)

这是一条正在翻转尾巴的小鱼。

“花式气球”启发一篇 Nature 封面论文,科学家开

(来源:Nature)

这是一根根弯曲的 " 手指 ",就像弹钢琴一样。

“花式气球”启发一篇 Nature 封面论文,科学家开

它们外观不同,但却使用了同一技术—— " 花式气球 " 泡泡铸造法。11 月 10 日,相关论文以《泡泡铸造软机器人》(Bubble casting soft robotics)为题发表在 Nature 上,并成为当期封面论文。

“花式气球”启发一篇 Nature 封面论文,科学家开

图 | 当期论文封面(来源:Nature)

此前软体机器人:成本高昂、任务执行不够完美

所有机器人都需要一个可引起运动的部件,也叫作执行器。刚性机器人是根据关节以固定方式进行移动,而软体机器人在移动方式上,具有更多想象力。?

软体机器人,是由可延展材料制成的机器人。它可进入和绕行一般硬体机器人无法触达的地方。设计时的最大困难在于控制拉伸方式和变形方式,这决定着它的移动方式。

尽管它的应用前景不错,但目前许多软体机器人的柔软 " 身体 " 却不得不被刚性驱动器来驱动,任务执行的效果往往会任务实现的目标以及效果大打折扣 ?。

为构建更实用的软体机器人,已有科研团队开发出软体驱动器,来让机器人完全实现软体化。但此前要想实现这一目的,通常需要 3D 打印机、或激光切割机等昂贵设备。

而文章开头动图中的软体机器人,搭载了科学家最新发明的新技术—— " 花式气球 " 泡泡铸造法,上述难题也借此被攻克。

“花式气球”启发一篇 Nature 封面论文,科学家开

(来源:Nature)

" 花式气球 " 启发一篇 Nature 封面论文

该研究由普林斯顿大学化学与生物工程系的团队完成,这是一种使用 " 花式气球 " 法来制造软体机器人的新方法。在充气时,气球能以可预测的方式改变自身形状。

以可握住水果的软体手指为例,这是能像肌肉一样收缩的手指,当给它施加空气时还可以单独弯曲。

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研究中,将气泡注入液态聚合物、也就是橡胶之中,以便在模具的整个长度上形成一个长气泡。一旦聚合物凝固,它就可以弯曲、移动和抓住东西。然后。随着弹性体由于重力作用渐渐沉入到底部,气泡则会慢慢上升到顶部。

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然后向气泡顶部周围的薄膜充气,随着薄膜尺寸的增加,气泡就会包裹在硬底部的周围。也就是说随着气泡上升,一层弹性体薄膜便留在其上方,但大部分液态弹性体最终会落入下方。

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具体来说,泡泡铸造技术利用了流体的物理特性。在制造过程中,使用管状物或螺旋状物作为模具,将空气泵入液态聚合物中就可产生气泡,当聚合物凝固时,气泡则会漂浮到顶部。一旦这些弹性体硬化,就可将其从模具中取出、并向其充气。其中贴近气泡一侧的薄面,会在较厚的底座上拉伸并卷曲。

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当液态聚合物被注入到模具中,模具的形状可以十分简单比如管状,也可以十分复杂,比如螺旋状物或其他更复杂的形状。

如果在液体聚合物固化前留有更多的时间,最终形成的顶部薄膜可以更薄。薄膜越薄,在给它充气时就能拉伸得越多,进而可形成更大的整体弯曲。

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