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美国陆军研制可折叠微型机器人
2021-12-30
  【美国陆军官网3月19日报道】美国陆军资助康奈尔大学成功研制出一种微型机器人,这种机器人可运动,还可用于创建超材料以及高灵敏度传感器。
  研究人员首先创造出一种微米级形状记忆执行器,这种执行器包含具有振荡电压的原子尺度的二维材料,可折叠成3D结构。一旦材料弯曲,即使去除电压,材料也可保持其形状。为了演示这项技术,研究小组创造出了可能是世界上最小的自折叠折纸鸟。
  陆军研究办公室称,研究团队突破了微米甚至纳米尺度控制运动速度和精确度的极限。除了为纳米机器人铺平道路之外,这项工作成果还可以支持智能材料设计,促进分子生物学技术开发, 为陆军提供有力支撑。这项研究成果将在10到20年内得到应用。
  《科学机器人》上发表的一篇同行评议文章指出,这项工作可实现从晶圆上释放出一百万个微型机器人,这些机器人自折叠成独特的形状,并自由爬行完成其任务,甚至组装成更复杂的结构。这种微型机器人可以在100毫秒内快速折叠,还可以变平并自我折叠数千次,并且只需要1伏特的电压即可。其中的执行器可以弯曲的曲率半径小于1微米,这是当前电压驱动的执行器的最高曲率。该机器人由覆盖有钛或二氧化钛薄膜的铂纳米薄层组成。几层二氧化硅玻璃刚性面板位于这些层的顶部。在施加正电压时,氧原子被驱入铂中并与铂原子交换位置,此过程称为氧化,使铂在惰性玻璃面板之间的接缝中膨胀,使结构弯曲成预定形状。在去除电压后也能保持这种形状,因为嵌入的氧原子会聚在一起形成势垒。通过施加负电压,可以去除氧原子,并迅速将铂还原为原始状态。通过改变玻璃面板的图案以及铂的暴露位置(在顶部还是底部),都可以创建一系列折纸结构。研究团队正在努力将形状记忆执行器与电路集成在一起,以便制造出具有可折叠腿的步行机器人和能够通过波状起伏运动的片状机器人。这些纳米机器人可以清除人体组织中的细菌感染,或用于微型工厂来变革制造业,还可用于尺寸仅为当前设备1/10的机器人手术器械。除了陆军研究办公室之外,美国国家科学基金会、康奈尔大学材料研究中心、空军科研办公室以及康奈尔大学卡弗里研究所也为这项工作提供了资金。(北方科技信息研究所 刘宏亮 供稿 王磊 审核)

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