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具有分子智能的软材料，“柠檬皮”机器人有何用处？

2020-12-11 11:08:00

机器人作为人工智能的细分领域，也随着人工智能的发展日益精进。传统机器人通常是一种重型机器，有很多硬件和电子设备，这意味着其将无法与包括人类在内的软结构安全互动。

现在，美国西北大学的一支研究团队就设计了具有分子智能的软材料，使其能够像任何尺寸的机器人一样，在水下或地下的微小空间中执行特定功能。

研究人员表示，这种外表和行为都类似于微型水生动物的“柠檬皮”机器人，它不仅支持光源驱动，还能够行走、移动货物、甚至跳舞。除了搬运物体，它还有望在催化化学反应和治疗领域开辟新的应用场景。

事实上，新型机器人精确移动和灵活的秘诀就在于它充满水的结构和嵌入的由铁磁性的镍丝组成的骨架。软部件是一个分子设计的网络，其部件允许它对光做出反应，在内部容纳或排出水，并且具有对磁场快速响应的刚度。

研究团队表示，内部的化学反应分子是用来应对合成反应的，当暴露在光线下时，机器人的分子变得疏水（排斥水），导致水分子逃逸。这种转换使机器人从一个平的位置弯曲到“站着”，从而使机器人“活起来”。

研究人员进一步发现，这种弯曲能使材料对旋转磁场做出快速反应，从而激活其快速行走的能力。当灯熄灭时，分子会恢复到原来的状态，机器人也会变平，但在LED的提示下，它随时都可以在磁场下进行新的活动周期。

此外，这项研究建立在此前设计的“机器人软物质”基础上，在今年早些时候发表的前一项研究中，这种机器人材料可以在几分钟的时间尺度上弯曲，并且每12小时走一步就可以在表面爬行。现在，这项突破使得机器人能够以人类的速度行走，大约每秒一步，并且能够对磁场做出反应，引导这些材料沿着特定的轨迹运动。

这种模仿生物的新材料的设计，不仅可以更快地做出反应，而且可以实现更复杂的功能，包括改变形状，为合成生物增加腿，并赋予这些类似生命的材料新的步行步态和更聪明的行为。这使他们具有很强的通用性，能够适应不同的任务。研究人员希望，最终能制造出一支能够协同完成复杂任务的微型机器人大军。