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機器人既能“地上跑”也能“天上飛”

2022-02-11 10:28:10 來(lái)源:新華網(wǎng) 作者: 點(diǎn)擊圖片瀏覽下一頁(yè)

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無(wú)人車(chē)能夠利用液態(tài)金屬變形和彎曲。圖片來(lái)源:弗吉尼亞理工大學(xué)P9g福鼎新聞網(wǎng)|今日福鼎|福鼎新聞信息權威發(fā)布平臺

想象一下一輛小型自動(dòng)駕駛汽車(chē)正在陸地上行駛,卻突然將自己壓扁,變成四軸飛行器飛走。據發(fā)表在最新一期《科學(xué)·機器人》雜志上的研究,美國團隊設計了一種在材料層面改變形狀的新方法,使用橡膠、金屬和溫度對材料進(jìn)行變形并將它們固定在沒(méi)有電機或滑輪的位置。P9g福鼎新聞網(wǎng)|今日福鼎|福鼎新聞信息權威發(fā)布平臺

“當開(kāi)始這個(gè)項目時(shí),我們想要一種可做3件事的材料:改變形狀、保持形狀,然后恢復到原始配置,并在多個(gè)周期內完成。”弗吉尼亞理工大學(xué)機械工程系助理教授邁克爾·巴特利特說(shuō)。P9g福鼎新聞網(wǎng)|今日福鼎|福鼎新聞信息權威發(fā)布平臺

為了創(chuàng )造一個(gè)可變形結構,該團隊借鑒了剪紙藝術(shù)。通過(guò)觀(guān)察橡膠和復合材料中這些剪紙圖案的強度,該團隊創(chuàng )建出了具有重復幾何圖案的材料結構。P9g福鼎新聞網(wǎng)|今日福鼎|福鼎新聞信息權威發(fā)布平臺

接下來(lái),研究人員開(kāi)發(fā)出一種能夠保持形狀但允許按需消除該形狀的材料。他們引入了一種由嵌入橡膠皮內的低熔點(diǎn)合金(LMPA)制成的內骨架。通常,當金屬被拉伸得太遠時(shí),金屬會(huì )永久彎曲、斷裂或拉伸成固定的、無(wú)法再用的形狀。而將特殊合金嵌入橡膠后,當拉伸時(shí),這種復合材料可迅速保持所需的形狀,非常適合可立即承重的柔性變形材料。P9g福鼎新聞網(wǎng)|今日福鼎|福鼎新聞信息權威發(fā)布平臺

最后,材料必須使結構恢復到原來(lái)的形狀。研究團隊在LMPA網(wǎng)格旁加入柔軟的卷須狀加熱器。加熱器使金屬在60℃或鋁熔化溫度的10%時(shí)轉化為液體。彈性體表皮將熔化的金屬保持在原位,然后將材料拉回原來(lái)的形狀,扭轉拉伸,使復合材料具有“可逆塑性”。金屬冷卻后,它再次有助于保持結構的形狀。P9g福鼎新聞網(wǎng)|今日福鼎|福鼎新聞信息權威發(fā)布平臺

研究人員發(fā)現,這種受剪紙啟發(fā)的復合設計可創(chuàng )造出復雜的形狀,從圓柱體到球狀再到凹凸形狀。形狀改變也可快速實(shí)現:用球撞擊后,形狀改變并在不到1/10秒內固定到位。此外,如果材料破裂,可通過(guò)熔化和重整金屬內骨架來(lái)多次修復。P9g福鼎新聞網(wǎng)|今日福鼎|福鼎新聞信息權威發(fā)布平臺

總編輯圈點(diǎn)P9g福鼎新聞網(wǎng)|今日福鼎|福鼎新聞信息權威發(fā)布平臺

大自然中很多有機體都可改變形狀以執行不同的功能。譬如章魚(yú)能大幅改變形狀來(lái)移動(dòng)、進(jìn)食或者與環(huán)境互動(dòng);人類(lèi)也能彎曲肌肉進(jìn)行支撐并保持;植物則可全天候移動(dòng)以捕捉陽(yáng)光。但在工程學(xué)中能否實(shí)現仍然未知?,F在,一種變形復合材料不但強度足夠,還很容易變形,使得機器人能最大化適應環(huán)境。未來(lái)這一材料帶給我們的,不僅是執行多種功能任務(wù)的新一代機器人,還將有受損后自我修復的彈性設備,能在人機界面和可穿戴方面激發(fā)豐富的應用。P9g福鼎新聞網(wǎng)|今日福鼎|福鼎新聞信息權威發(fā)布平臺

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