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活性物新突破!物理學家推動次世代變形機器人新發展


英國巴斯大學(University of Bath)物理學家團隊近日在《Science Advances》國際科學期刊上發表一種為軟性機器人(Soft Robot)塗上材料,以便讓機器人能更有效率地移動與運作的新方法,這無異是一項有可能導致次世代變形機器人出現的新研究。

該研究最引人矚目的地方,莫過於研究人員在活性物上取得的重大突破,這個突破也將成為未來機器人設計上的關鍵轉捩點。一旦這樣的設計概念獲得進一步的發展,專家們最終可以透過對軟性物體表面活動的人為控制(而不是該物體天生的彈性),來決定軟性物體的形狀、行為與移動。

基本上,大部分軟性材料的表面會收縮成球體,就像水滴凝結的過程一樣,這是因為液體及軟性材料的表面會自然收縮至最小表面積。然而最酷的是,透過設計,活性物能完全不遵照這樣的自然特性。藉由這樣的技術與活性物,專家期待下世代的機器是由許多個別活性單元組合打造而成,這些單元可以協同合作來決定機器的移動與功能運作。這些新世代機器會由中央控制器進行控管,其運作方式就和我們人體組織的功能一樣。

透過前述設計機制,科學家將能打造由柔性材料組成的機器手臂,並且由材料表面的機器人提供動力。另一個可能的突破性進展在於,透過在奈米分子表面塗上一層響應材料(Responsive Material)與活性材料,就能改變藥物遞送膠囊(Drug Delivery Capsule)的大小與形狀。

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據該研究團隊成員指出,這項新研究最有趣的地方在於,它徹底顛覆了我們看待「眾所熟悉自然法則」的方式。換言之,活性物讓我們以新的見解來看待眾所熟悉的自然法則。總而言之,研究人員將這個研究視為重要且能從中獲得許多啟發的概念驗證,他們並且發展出一套理論與模擬,可以描述一個具備承受主動應力(Active Stress)之表面的 3D 軟性固體。

結果顯示,主動應力會使材料表面膨脹,並對下方固體產生牽引力,進而導致整體形狀的改變。該固體形狀接著會隨著材料彈性性質的改變而改變。目前研究團隊將會進一步應用這個原理,以設計出更具體的機器人,同時會更深入研究集體行為,以及多個活性固體堆疊在一起時會發生什麼。

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