
康奈尔大学的研究团队成功研发了微型机器人,这些机器人尺寸仅有不到1毫米,通过电击可以从二维的六边形“元片”转变为预设的三维形状并开始移动。
这种机器人的独特之处在于采用了kirigami(一种折纸艺术)的设计理念,通过在材料上进行精确切割,使其能够折叠、展开和移动。
研究成果发表在《自然材料》杂志9月11日的刊物上,论文题为《电子可配置微观元片机器人》,主要作者包括博士后研究员刘庆坤和王伟,项目由物理学教授伊泰·科恩领导。他的实验室此前已开发出能够驱动四肢、通过人造纤毛抽水并自主行走的微型机器人系统。
刘庆坤指出,kirigami机器人的设计灵感来源于自然界中能够改变形状的生物体。“传统机器人一旦制造完成,其整体形状通常是固定的,”他说,“我们创造了一种‘元表’机器人,‘元’代表超材料,意味着它由多个构建块组成,这些构建块协同作用,赋予材料独特的机械性能。”
这些机器人采用六边形设计,由约100块二氧化硅面板通过200多个驱动铰链连接,每个铰链厚度仅为10纳米。通过电化学激活,铰链可以形成山折和谷折,推动面板展开和旋转,使机器人能够改变覆盖面积,局部扩展或收缩达40%。根据激活的铰链不同,机器人可以呈现多种形状,甚至可以包裹其他物体,然后再展开成平面。
科恩的团队正在探索元表技术的未来发展方向,计划将柔性机械结构与电子控制器结合,创造出超灵敏的“弹性”材料,这种材料的性能将超越自然界的极限。应用前景包括可重构的微型机器、微型化生物医学设备和材料,这些设备和材料能够以接近光速的速度响应外界冲击。