前言

科學家從蝸牛中找到了新的軟體機器人

布里斯托爾工程學院的研究人員從生物皮膚和蝸牛和等軟生物的靈感中獲得了成功的展示，它通過交替收縮嵌入的人造肌肉并抓握表面成功地爬行了一種新的機器人皮膚。由機器人學教授喬納森·羅西特（Jonathan Rossiter）領導的團隊，開發了一種可以卷起并放在口袋里的可拉伸的類似皮膚的機器人，該機器人采用了一種將人工肌肉和電粘附力嵌入柔軟材料中的新方法。

這項發表在《Soft Robotics》上的新進展可以創造出用于在危險環境中進行環境監測和部署的新型輕薄型機器人，用于精致物體的機器人夾具以及新的可穿戴技術。

具有自動操作，自動抓握和自動定位功能的主動軟智能結構。（A）可攜帶和可部署的全軟爬行機器人概念。（B）一個完全柔軟的ElectroSkin機器人在伸手。（C）基本ElectroSkin設計的示意圖，顯示了為電粘附和驅動供電的區域。（D）ElectroSkin傳送帶，在一張辦公室用紙上移動一只黃色的鴨子。（E）完全柔軟的ElectroSkin機器人自動定位在整個表面上。比例尺表示1厘米。圖片來源：Jonathan Rossiter教授

人體皮膚活躍，智能且可拉伸，于是科學家想到可以復制這些特性的人造皮膚是很有前途的材料和技術，其可以實現輕便，經濟高效，便攜式和可部署的軟設備和機器人。

這個可拉伸和便攜式的人造皮膚（ElectroSkin），它在完全兼容的多層復合皮膚狀結構中結合了介電彈性體致動器（DEAs）和軟電膠（EA）。通過利用DEA和EA的共同特征，他們將復合人造皮膚的區域定義為主動或被動區域。活動區域可以用作機電執行器或靜電夾具元件，或同時用作兩者。

這種嵌入式多模態技術提供了一種可變形的主動皮膚的新技術，該皮膚可以抓握和移動物體以及自我移動。可以使用全軟彈性體和易于獲得的導電材料來制造電子皮膚。他們在第一條軟自驅動傳送帶（傳送速度為0.28 mm / s）和可裝袋的全軟履帶機器人上展示了它們的功能。這種新型的，自我驅動，自我抓握和自我定位的柔軟人造皮膚具有對功能性柔軟智能復合材料，可展開機器人，柔軟智能輸送機以及合規抓握和操縱應用產生重大影響的潛力。

具有自動操作，自動抓握和自動定位功能的主動軟智能結構。圖片來源：Jonathan Rossiter教授

因為傳統的機器人是剛性且不兼容的，而軟機器人則是兼容的，可以拉伸和扭曲以適應其環境。迄今為止，軟機器人已經將其移動能力與抓握其移動表面的能力分開。

在論文中，研究小組描述了如何將由皮膚制成的名為ElectroSkin的機器人扭絞起來，放在口袋中，然后拉出并扔在其移動的表面上。ElectroSkin是一系列軟下一代機器人的新的基本構建塊。

因為當前軟功能器件是有限的，例如，由于需要的幀在其上安裝致動器或利用流體驅動機構的需要，因此，對于具有完全柔體設備和由容易控制和容易儲存的電能來驅動。盡管先前的研究表明，使用形狀記憶合金的電動和有源軟設備氣動致動器和電動馬達，它們是能量低效的，速率限制，或者在使用泵或馬達的引入結構復雜且體積大的部件。

為了克服這些限制，科學家通過利用兩種新興驅動技術的共同特征和材料，提出了一種針對全軟件機器人的方法。一開始的圖中顯示了高度變形的完全柔軟的類似皮膚的機器人的概念，該機器人可以以壓縮（滾動或卷起）的形式從口袋中拉出并扔到表面上。然后，它可以自主移動或通過遙控器移動。

在這項研究中，他們將類皮膚機器人定義為一種結構/設備，其厚度至少比其寬度/長度小一個數量級。他們將兩種互補的電動技術進行融合，以實現可展開的軟功能設備的主動和電可控致動，粘合和抓握：介電彈性體致動器（DEA），由可變形介電膜制成，夾在兩個順應電極之間，以及可軟拉伸電膠粘劑（EA），包括附著在或嵌入在軟電介質中的順應性平面電極。

在應用場景上，將來，ElectroSkin機器人可以爬上墻壁并跨過天花板進行清潔，探索難以到達的環境，包括倒塌的建筑物，并可以用于一系列可穿戴的第二皮膚設備。

Rossiter教授說：“ ElectroSkin是邁向可輕松運輸，部署甚至磨損的軟機器人的重要一步。人工肌肉和電抓地力的結合再現了，蝸牛等動物的運動，以及它們的去向，因此我們的機器人可以！”