“活性物质”突破为下一代机器人的随意变形开启了一扇大门

近日，物理学家发现了一种给软体机器人涂上材料的新方法。这种方法使它们能以一种更有目的的方式移动和运作。这项研究由巴斯大学领导，在 2022 年 3 月 11 日发表在《Science Advances》上。

该研究的作者们认为，他们对“活性物质”的突破性建模可能标志着机器人设计的一个转折点。随着这一概念的进一步发展，有可能不是通过软体的自然弹性而是通过人类在其表面控制的活动来确定其形状、运动和行为。

普通软质材料的表面总是会收缩成一个球体。想想水珠变成水滴的方式：水珠的发生是因为液体和其他软性材料的表面自然收缩成最小的表面积--即球体。但活性物质可以被设计成跟这种趋势相反。这方面的一个例子是，一个橡胶球被一层纳米机器人包裹着，这些机器人被编程为统一工作，然后将球扭曲成一个新的、预先确定的形状（如一个星星）。

人们希望，活性物质将导致新一代的机器，其功能将自下而上。因此，这些新机器将由许多单独的活性单元组成，它们合作决定机器的运动和功能，而不是由中央控制器控制。这类似于我们自己的生物组织的工作原理，比如心肌中的纤维。

通过利用这一想法，科学家们可以设计出软体机器，其手臂由柔性材料制成，并由嵌入其表面的机器人提供动力。他们还可以通过在纳米颗粒的表面涂上反应灵敏的活性材料来定制药物输送胶囊的大小和形状。这反过来可以对药物跟体内细胞的相互作用产生巨大的影响。

研究第一作者 Jack Binysh 博士说道：“活性物质使我们以一种新的眼光看待熟悉的自然规则--像表面张力必须是正值这样的规则。看看如果我们打破这些规则会发生什么以及我们如何能够利用这些结果，这是一个令人兴奋的研究场所。”

研究论文通讯作者 Anton Souslov 博士补充称：“这项研究是一个重要的概念证明，具有许多有用的意义。如未来的技术可以生产出柔软的机器人，这些机器人的体积要小得多，而且能更好地拿起和操纵脆弱的材料。”

在这项研究中，研究人员开发了理论和模拟以描述一个三维软体，据悉，这个软体表面经历了主动应力。结果他们发现，这些活性应力扩大了材料的表面并把下面的固体也拉了过来，另外还引起了整体形状的变化。研究人员发现，固体所采用的精确形状可以通过改变材料的弹性特性来定制。

接下来，研究人员将应用这一一般原理来设计特定的机器人如软臂或自游泳的材料，实际上他们已经开始这么做了。此外，他们还将开始研究集体行为--如当你拥有许多活性固体并让它们挤在一起时会发生什么。