導(dǎo)讀

    雖然有人擔(dān)心機(jī)器人有一天會(huì)站起來反抗我們，但目前還存在一個(gè)主要障礙——它們普遍有些“脆弱”。

    本周的《Nature Materials》（自然材料）雜志上發(fā)表了一篇重要論文，內(nèi)容關(guān)于美國卡耐基梅隆大學(xué)工程學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)出了一種可以自我修復(fù)的材料，這種材料可以在極端的機(jī)械損傷條件下，自發(fā)地修復(fù)自己。

    這種材料可以幫助機(jī)器人在短時(shí)間內(nèi)從損傷中修復(fù)，能夠應(yīng)用于仿生機(jī)器人、人機(jī)交互、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。因?yàn)椴牧显谑艿嚼鞎r(shí)不會(huì)改變其高導(dǎo)電性，因此它是電力與數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐氩牧稀?/p>

    材料概述

    這是一種由懸浮在柔軟彈性體中的液態(tài)金屬珠滴組成的軟物質(zhì)復(fù)合材料。當(dāng)這種材料受到拉伸等損傷時(shí)，金屬珠滴會(huì)產(chǎn)生破裂并與鄰近的珠滴形成新的連接，并不間斷地重布電信號(hào)。由這種材料的導(dǎo)電線路制成的電路板，即使在切斷、刺穿或者材料移除等條件下，也能保持完全連續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)。

    △ 由于損壞的電路可以即時(shí)修復(fù)，數(shù)顯時(shí)鐘得以繼續(xù)工作

    機(jī)械工程副教授Carmel Majidi表示：“柔性電子領(lǐng)域的其他研究已經(jīng)催生出了具有彈性和變形能力的材料，但這些材料仍然不能應(yīng)對(duì)機(jī)械損傷的影響，進(jìn)而導(dǎo)致即時(shí)電氣故障。而我們發(fā)明的自修復(fù)材料達(dá)到了前所未有的水平，它可以使軟物質(zhì)電子設(shè)備和機(jī)器展現(xiàn)出生物組織般的非凡韌性。”

    Majidi教授是柔性材料實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，也是軟物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域開發(fā)新材料的先驅(qū)之一。他還表示：“制造與人體和環(huán)境更兼容的機(jī)器將開始于新型材料。”

    關(guān)于機(jī)器人的自我修復(fù)

    自然界的許多生物體都具有自我修復(fù)能力，當(dāng)一些動(dòng)物受傷時(shí)，它們可以通過跛行、轉(zhuǎn)移重心或其他方式來維持；有人扭傷了腳踝，仍然可以在受傷的情況下繼續(xù)行走。如今，一些科學(xué)家也在探索著讓機(jī)器人模仿和實(shí)現(xiàn)這種能力。

    本月5月3日，據(jù)英國《每日郵報(bào)》報(bào)道，科學(xué)家們研發(fā)出了一款機(jī)器人，其配有的算法可以繪制空間地圖，并創(chuàng)建擁有不同行走方式的數(shù)據(jù)庫，即便是在它的腿損壞、折斷或缺失的情況下，也能很快恢復(fù)。該機(jī)器人可以用來完成對(duì)人類來說過于危險(xiǎn)的工作。

    下圖是比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)的研究人員曾開發(fā)出的一種能夠在受損時(shí)自我修復(fù)的機(jī)器人。它其實(shí)是一個(gè)由聚合物制成的柔軟的機(jī)械手臂。當(dāng)這個(gè)機(jī)械手臂受損時(shí)，可以通過加熱的方式來進(jìn)行修復(fù)，加熱到 80 攝氏度時(shí)，這種聚合物的受損程度將會(huì)不斷減輕，直至恢復(fù)原狀，一旦冷卻，它將恢復(fù)到原來的形狀和強(qiáng)度。

    這個(gè)大學(xué)的研究人員還曾研制出一種模塊化機(jī)器人（下圖），能夠調(diào)整自身形態(tài)：通過拆分與合并形成全新的獨(dú)立機(jī)器人實(shí)體，根據(jù)任務(wù)或環(huán)境自主選擇適當(dāng)?shù)男螤詈痛笮?。它們的機(jī)器神經(jīng)系統(tǒng)還可以在拆分合并的同時(shí)保持感覺運(yùn)動(dòng)控制力。這些機(jī)器人甚至能夠移除或更換障礙部件，包括出現(xiàn)功能障礙的腦單元，實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。

    美國斯坦福大學(xué)先前研發(fā)出的一種聚合物，同樣具備自我修復(fù)能力，可以用作具有超強(qiáng)彈性的人造肌肉。這種聚合物條可以從2.5厘米拉伸至2.5米。當(dāng)被刺穿時(shí)，它可以自動(dòng)融合修復(fù)。

    美國科羅拉多大學(xué)波爾得分校的研究人員曾研制出一種可自我修復(fù)的“電子皮膚”。 這種新型電子皮膚中嵌入了傳感器，可以測(cè)量壓力、溫度、濕度和氣流。電子皮膚內(nèi)含有新型共價(jià)鍵動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)聚合物，通過向它施加適度的熱量和壓力，它能夠輕易地貼合到彎曲的表面上，例如人體手臂和機(jī)器手。

    這項(xiàng)研究的獨(dú)特之處在于使用的聚酰亞胺的化學(xué)鍵使得電子皮膚可以在室溫下自我愈合并完全回收。相對(duì)全世界范圍內(nèi)每年產(chǎn)生幾百萬噸的電子垃圾，它將帶來很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

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