浙江大學開發出可在水中快速移動的軟體電子魚

雷鋒網「新智造」按：長期以來，機器人界一直希望造出通體由軟性材料構成的機器人，但開發出柔性的供能和控制元件一直是難點，例如現在很多研究人員紛紛都在開發柔性電池和電路板。去年8月份，哈佛大學用“氣動”取代“電動”，製造出了世界上第一個完全軟體的且自我驅動的機器人，而現在浙江大學開發出由柔軟的撲翼推動的軟體機器人。新智造作為雷鋒網旗下欄目，關注智能時代的創新與創造，目標是找到這個行業還存在哪些機會。

為了讓機器人表現的越來越好，機器人專家們正在為其打造靈活的身體。事實上，軟體機器人有很多優勢：一方面，軟體機器人能夠在現有合規條件下更安全的工作，防止造成不必要的傷害；另一方面，機器人也能夠做出更多獨特的運動方式。但對於軟體機器人來說，最大的問題是在供電或移動時，必須做出一些妥協，因為大多數設備組件並不夠“軟”，比如電池和執行器。

但是在過去的一週左右時間，行業內已經發明除了兩種有效提升軟體機器人運動的新方法，一種是利用外部磁場，另一種則是利用電場為撲翼提供能量支持。

浙江大學發明了軟體機器人能夠由柔軟的撲翼推動，這些撲翼是有彈性電介質製成的，當它們被施加電壓時，就會彎曲。介電彈性體的響應非常快，而且運動幅度也相對較大，不過它們需要非常高的電壓（大約 10 千伏特）才能有效運轉。一般來說，介電彈性體會被覆蓋在絕緣層中，但是這種機器人可以在水下工作，所以研究人員能夠將所有絕緣層都浸沒在水下，依靠水作為電極和電廠。

當然，這個軟體機器人設計還有其他幾個原因值得注意。首先，它幾乎是完全透明的，身體、翅翼、尾巴和彈性體肌肉都是完全透視。所以，當你添加不受限制操作時所需要的電子元件和電池時，運動效果可能會不太盡如人意，但事實上，這個軟體機器人體內可以自身包含所有可支持其運動的設備，包括一個 450-mAh、3.7 伏的電池，能夠確保它以每秒 1.1 裡面的速度在水中游動 3 小時 15 分鐘。不僅如此，這個軟體機器人身上甚至還可以搭載一個微型攝像頭，其最高運動速度可以達到每秒 6.4 釐米，而且能夠在高於冰點低於 75 攝氏度的水中毫無壓力地暢遊。

這個機器人的整體功率消耗，大致和一條虹鱒魚相當，因為一條長約 25 釐米的虹鱒魚如果以每秒 10 釐米的速度遊動，需要消耗 0.03 瓦特的能量。當然，真正的虹鱒魚遊動的速度更快，但對於機器人而言，相對生物學效率顯然要高得多。現階段，研究人員還不知道這種機器人能夠有哪些具體的實際應用，所以目前它應該還是一種原理性的概念技術，或許在下一代機器人身上能夠看到更多實際應用。

浙江大學的T. Li, G. Li, Y. Liang, T. Cheng, J. Dai, X. Yang, B. Liu, Z. Zeng, Z. Huang, Y. Luo, T. Xie, and W. Yang 在 Science Advances 網站上發表了文章——“快速移動的軟體電子魚”。

與此同時，在北卡羅來納州，研究人員也一直在研究更基礎的驅動技術來挖掘軟體機器人的潛力——他們已經設法將聚合物膜轉化成能夠通過磁場遠程致動的肌肉。此外，研究人員還將鐵微粒引入到液體聚合混合物中，然後向磁珠施加磁場，讓這些微粒排成一條水平鏈。當這些液體聚合物變幹，並且切成條狀時，整個水平鏈依然能夠持續存在，此時如果給他們再施加一個磁場，水平鏈即會與之對準，牽引聚合物跟隨它們。

通過改變磁場強度和方向，可以調整聚合物的結構，研究人員也因此可以創造出一套能夠實際應用的軟體執行器，比如能夠提起比自身重量重五十倍的懸臂，一種能夠伸長或收縮的摺疊式結構（像肌肉工作原理一樣），一個具有蠕動泵功能的、運動壓縮波管。

這些執行器看上去似乎價格都比較便宜，而且易於構造，但同時他們也有一定的侷限性，比如需要對外部力量做出響應才能執行運動。但是，它們在體內微型機器人上能夠很好地運作，或者能夠在不需要持續執行操作的、可部署的機器人身上得到較好應用。

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