軟機(jī)器人廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工程、手術(shù)輔助、主動(dòng)假肢、偽裝和感知技術(shù)等領(lǐng)域。研究人員一直在探索如何使用各種外界刺激對(duì)軟機(jī)器人實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，包括壓力、熱量、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和化學(xué)勢(shì)。

自然界中的毛毛蟲(chóng)在向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，固定前部的同時(shí)收縮后部，使尾部向前移動(dòng)，毛毛蟲(chóng)后部產(chǎn)生一個(gè)特征性的隆起。固定后部的同時(shí)釋放隆起，使整個(gè)軀體變平，實(shí)現(xiàn)向前移動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)時(shí)則相反。實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵是控制身體彎曲。

近日，北卡羅來(lái)納州立大學(xué)朱勇教授團(tuán)隊(duì)受毛毛蟲(chóng)啟發(fā)，設(shè)計(jì)并制造了一種模仿毛毛蟲(chóng)、具有雙向運(yùn)動(dòng)能力的高效爬行機(jī)器人。該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)行為是基于液晶彈性體熱雙晶制動(dòng)器中銀納米線網(wǎng)絡(luò)組成的圖案化柔性加熱器的焦耳熱效應(yīng)。通過(guò)設(shè)計(jì)銀納米線加熱圖案的焦耳熱效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同制動(dòng)模式的控制。作者表征了爬行機(jī)器人在正向和反向運(yùn)動(dòng)中的性能，并展示了其通過(guò)狹窄縫隙的能力。還通過(guò)試驗(yàn)和有限元分析研究了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式、爬行速度和通過(guò)狹窄間隙的能力。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)原理是通過(guò)設(shè)計(jì)加熱模式和可編程加熱，實(shí)現(xiàn)不同的溫度和曲率分布，從而引起前端和后端與地面之間的摩擦差異。

該研究以Caterpillarinspiredsoftcrawling robotwithdistributed programmablethermal actuation為題發(fā)表在ScienceAdvances上。