多功能微型机器人可以折叠成三维形状并爬行
康奈尔大学的研究人员创造了尺寸小于 1 毫米的微型机器人，它们被打印为 2D 六角形“元片”，但经过电流冲击，就会变形为预先编程的 3D 形状并爬行。该机器人的多功能性得益于一种基于剪纸（折纸的近亲）的新颖设计，其中材料切片使机器人能够折叠、展开和运动。
该团队的论文《电子可配置微型元片机器人》发表在《自然材料》杂志上。该论文的共同主要作者是博士后研究员刘庆昆和王伟。该项目由物理学教授伊泰·科恩领导。他的实验室之前曾生产过微型机器人系统，可以驱动四肢、通过人造纤毛泵水并自主行走。
从某种意义上说，剪纸机器人的起源是受到“可以改变形状的生物体”的启发，刘说。“但是当人们制造机器人时，一旦它被制造出来，它可能能够移动一些肢体，但其整体形状通常是静态的。所以我们制造了一个超薄片机器人。‘meta’代表超材料，这意味着它们由许多构建块组成，这些构建块共同作用，使材料具有机械行为。”
该机器人是一个六角形的瓦片，由大约 100 块二氧化硅面板组成，这些面板通过 200 多个致动铰链连接，每个铰链厚度约为 10 纳米。当通过外部电线电化学激活时，铰链会形成山折和谷折，并起到张开和旋转面板的作用，从而使机器人能够改变其覆盖范围，并局部膨胀和收缩高达 40%。根据激活的铰链，机器人可以呈现各种形状，并有可能将自己包裹在其他物体上，然后展开回平板。
由于形状对称性破坏，元机器人向头部方向爬行。视频已加速 8 倍。
科恩的团队已经在考虑超薄片技术的下一阶段。他们希望将柔性机械结构与电子控制器结合起来，创造出超灵敏的“弹性”材料，其特性在自然界中是不可能实现的。其应用范围可以从可重构的微型机器到微型生物医学设备和材料，这些材料可以以接近光速而非声速的速度对撞击做出反应。
“由于每个独立构件上的电子元件都能从光中获取能量，因此你可以设计一种材料，以编程方式对各种刺激作出反应。当受到刺激时，这些材料不会变形，而是会‘逃跑’，或者以比它们所经历的更大的力量反弹，”科恩说。“我们认为这些活性超材料——这些弹性材料——可以成为一种新型智能物质的基础，这种物质受超越自然界可能的物理原理支配。”
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