史上攀爬能力最強(qiáng)的機(jī)器人長啥樣？

當(dāng)當(dāng)當(dāng)，答案揭曉——

別看它小小一個(gè)，但人家已經(jīng)征服了幾乎所有不同地貌的表面！

它屬于微型軟體機(jī)器人家族，除了最基礎(chǔ)的墻面、坡面、天花板，它還可以在圓柱面內(nèi)外側(cè)、波浪面、楔形面、球面等表面如履平地！

在球面上爬：

不同曲率的波浪面：

還能爬樹葉：

除此之外，它還能“翻個(gè)跟頭”，在兩個(gè)不同表面之間過渡：

或者在爬行過程中轉(zhuǎn)彎：

更強(qiáng)的是，它的身體可以輕松的變化不同長度，也可以負(fù)重?cái)y帶攝像機(jī)，體長從6毫米到90毫米、質(zhì)量從0.2克到3克不等。

這個(gè)機(jī)器人界的“攀爬冠軍”出自清華大學(xué)航天航空學(xué)院張一慧教授課題組，相關(guān)研究成果于近日在《PNAS》（美國科學(xué)院院）以《一種基于可變形三維驅(qū)動器的可在復(fù)雜表面攀爬和過渡的微型軟體機(jī)器人》為題發(fā)表。

電驅(qū)動智能材料，主動適應(yīng)不同表面

所以這個(gè)相貌平平的軟體機(jī)器人，是如何練就一身攀爬本領(lǐng)的呢？

秘訣在于它可變形的身體和腳墊，以及連接二者的智能關(guān)節(jié)。

它們均由液晶彈性體（LCEs）材料為基礎(chǔ)制成。這是一種智能材料，在外界刺激下，例如熱、光、電、磁、pH、濕度等，材料會發(fā)生宏觀形變，撤去外界刺激后，又會恢復(fù)原狀。

結(jié)合多層三維激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）來產(chǎn)生電加熱，驅(qū)動器可以實(shí)現(xiàn)毫米尺度（從1毫米到10毫米）的3D形狀變形（彎曲角度>200°），這是以前的軟體機(jī)器人無法實(shí)現(xiàn)的。

機(jī)器人的腳墊還擁有一個(gè)額外的電膠層，提供攀爬運(yùn)動所需的粘接力，同時(shí)可以主動變形來更好的適應(yīng)不同形狀的表面。

機(jī)器人的“腳腕”是連接身體和腳墊的「智能關(guān)節(jié)」，通過對可變剛度「智能關(guān)節(jié)」的控制，機(jī)器人能夠在步進(jìn)、“翻筋斗”前進(jìn)和翻轉(zhuǎn)過渡三種運(yùn)動步態(tài)之間按需切換。

屈曲引導(dǎo)的3D組裝讓機(jī)器人的制造變得更靈活！能夠制造不同尺寸（從6到90毫米）和質(zhì)量（從0.2到3克）的機(jī)器人。

除了尺寸重量外，使用LIG-LCE原理制作的機(jī)器人還可以有更多的攀爬方式：

未來可代替人類進(jìn)入復(fù)雜環(huán)境作業(yè)

研發(fā)人員其實(shí)是受到浮游生物水螅的啟發(fā)，開發(fā)了這樣一個(gè)軟體機(jī)器人。

“解鎖”了這一新技能后，軟體機(jī)器人可進(jìn)入一些狹窄、復(fù)雜的環(huán)境中，代替人類執(zhí)行探測等作業(yè)任務(wù)。例如在飛機(jī)發(fā)動機(jī)、煉油機(jī)等復(fù)雜系統(tǒng)中，該機(jī)器人可以經(jīng)歷各類管道、齒輪等曲面結(jié)構(gòu)，到達(dá)指定位置進(jìn)行故障檢測等任務(wù)。

清華大學(xué)張一慧教授為該文章的通訊作者，清華大學(xué)航院博士后龐文博、2020級博士生徐世威為文章的共同第一作者。論文作者還包括北京航空航天大學(xué)文力教授，北京航空航天大學(xué)薛兆國副教授，清華大學(xué)航院2018級博士生鄔軍、2019級博士生金天棨、2018級博士生劉志、2017級博士生程旭，航院博士后柏韌恒、肖越、張帆、白柯、宋洪烈等。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金委原創(chuàng)探索計(jì)劃項(xiàng)目、基金委創(chuàng)新研究群體、科學(xué)探索獎(jiǎng)、霍英東青年教師基金、清華大學(xué)國強(qiáng)研究院基金等項(xiàng)目的資助。

論文地址：

www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2215028119