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科学家发现有援救粒子马达运转新机制,世界第

作者: 产品中心  发布:2020-01-01

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Octobot :世界首个全软体机器人

科学家发现推动粒子马达运转新机制 近日,日本同志社大学的科学家通过研究铂粒子在过氧化氢溶液中的反应,发现了一种可以驱动粒子马达的新机制。相关研究成果日前发表于由美国物理学会主办的《化学物理期刊》。粒子马达具有在体内运输药物或控制化学反应的应用前景。在未来,分子马达将不仅被用于为微型机械或微型工厂提供动力,还能够为我们解开许多生命之谜。该校分子化学工程实验室研究人员山本内藤大湖说。然而,粒子马达的运行环境与宏观机械的运行环境有着很大不同。它们具有很大的表面积质量比,需要恒定的驱动力来使之运转。此前,研究者通过一种名为不对称化学反应的机制来提供这种驱动力。例如,一种名为杰纳斯的粒子马达,由一群表面覆盖有两种材料的球形粒子组成。其中一种材料为由铂等金属制造的催化剂,能够加速过氧化氢转化为水和氧气的反应过程。当杰纳斯马达被置入过氧化氢溶液中,其覆有铂催化剂的一面迅速产生大量氧气气泡,进而推动球形粒子前进。而上述学校的研究者发现,制造粒子马达不一定需要两种不同的材料。研究者将仅由铂制造的微型球体放入过氧化氢溶液中后,通过显微镜观察这些粒子的运动方式发现,虽然从个体角度来说,每个粒子均以随机跳跃的形式运动,但从宏观的角度来看,粒子群体的运动方式呈现出明显的规律性:形状与泪滴类似的粒子群可以直线前进,形状类似风车的粒子群会旋转,而与回旋镖形状类似的粒子群则能够进行圆周运动。在经过建立力学模型之后,研究人员认为,造成这种现象的原因在于不同形状能够产生不同的非对称力。研究人员表示,该研究揭示,通过设计不同形状的粒子群将能够制造出一系列更加可控的粒子马达。更多阅读《化学物理期刊》发表论文摘要

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传统印象中,机器人总是冰冷坚硬。但是,《超能陆战队》中的大白让大家意识到原来机器人也可以很柔软。

事实上,科学家们一直在致力于制造柔软的机器人,能更好地适应各种环境,承担一定的冲击力,在医疗、军事以及地质等多个领域都能发挥作用。近日,哈佛大学的研究者们就向大家展示了他们的最新研究成果:章鱼形状的完全柔性机器人,被昵称为Octobot。Octobot全身都由软软的柔性材料构成,不需要外接动力,自己就能运动起来。相关论文于8月24日发表于《自然》期刊。

在此之前的柔性机器人有个缺点:虽然有柔软肢体,但控制系统仍然用常规泵阀系统来实现,通过刚性连接来驱使不同类型的运动,并且还得通过电缆连接到机器人,并没有做到完全的柔软、灵活。

Octobot则可以做到真正的完全柔软。它没有任何刚性材料,也不需要外接电源,运动只是依靠一个简单的化学反应:过氧化氢分解。过氧化氢遇到铂催化剂,分解产生水和氧气。

随着氧气增多,柔性控制器内压强加大,就会打开一些微阀门,关上另一些微阀门,在这个过程中,章鱼机器人的四条腕足充满氧气,在这些氧气的驱动下,章鱼的腕足就会变形运动。当微流体系统切换时,章鱼的另外四条腕足则会进行同样的变形运动,两者交替,机器人就动起来了。

另外值得注意的是,Octobot的制作成本非常低廉,全部材料加起来还不到3美元。这只完全柔软的机器章鱼结合了注模、软光刻技术和多材料嵌入3D打印技术制成——先将预制的微流控芯片嵌入到模具中,然后倾倒入硅基材料,接着再采用3D打印技术加入其他部分的结构。管路部分采用特殊的凝胶材料“墨水”进行打印,在经过90℃加热固化之后,它们可以自动在小章鱼体内形成开放的管道网络。催化部分也用加入催化剂的“墨水”打印加工而成。

低廉的成本加上卓越的性能,预期未来改进后的柔性机器人将拓展机器人在人类社会中扮演的角色,改变机器人与人类的互动体验。

《中国科学报》 (2016-09-09 第4版 新知)

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