(a, b) 厚度 (t) 和高度 (h) 相等的環只能折斷兩次并收縮到最小尺寸。(c) 通過 FEA 模擬的半徑為 15 mm 的環的翻轉反應力矩。(d, e) h = 5t 的環 (d) 放置在熱表面上時會轉變為靜態的喇叭狀形狀而不會折斷 (e)。圖片來源：先進材料(2022)。DOI：10.1002/adma.202207372

美國北卡羅來納州立大學的研究人員創造了一種環形軟體機器人，在暴露于高溫或紅外光時能夠爬過表面。研究人員已經證明，這些 "環形機器人 "能夠拉著一個小的有效載荷穿過表面--在環境空氣中或在水中，以及穿過比其環形尺寸更窄的間隙。

這些環形機器人由液晶彈性體制成，呈環形帶狀，類似于一個手鐲。當你把環形機器人放在一個至少55攝氏度（131華氏度）的表面上，這比環境空氣更熱，絲帶接觸表面的部分會收縮，而暴露在空氣中的部分則不會。這在色帶中引起了滾動運動。

同樣，當研究人員將紅外光照在環形機器人上時，暴露在光線下的色帶部分會收縮，而被遮擋的部分則不會。這也會誘發彩帶的滾動運動。在實際應用中，這意味著當爬行的環形機器人放在一個熱的表面上時，它從下往上移動。但當暴露在紅外光下時，運動則從上往下開始。

推動這種連續運動的原因之一是，環形機器人是雙穩態的，也就是說，當它處于靜止狀態時有兩種形狀。如果帶狀物開始扭曲，它要么扣回原來的形狀，要么向前扣入另一種雙穩態。

想象一下一個形狀像絲帶的橡膠手鐲。如果你把手鐲的兩端向前折一下，然后松手，它就會彈回原來的形狀。但是，如果你把兩端折得足夠遠，它就會折過來--基本上是把手鐲從里面折出來。

在環形機器人的情況下，"折疊 "是通過施加持續的熱量或紅外光，使彈性體收縮和旋轉來完成。如果環形機器人是對稱的，這基本上會使它在原地跳舞。

關于這項工作的論文的通訊作者、美國北卡羅來納州立大學機械和航空航天工程的副教授Jie Yin說："但是通過對環形的工程設計，使環形的一側永久扭曲，結構是不對稱的。這意味著環狀物不均勻地暴露在熱或紅外光下，這導致軟體機器人在表面上橫向移動。"

當放在一個熱的表面上時，最終的結果是爬行的環形機器人拉著自己向前走。但是當暴露在紅外光下時，爬行環形機器人會將自己向前推。可以把它看作是前輪驅動與后輪驅動。

在演示中，這些環形機器人能夠拉動一個小的有效載荷，并且在環境空氣和水下都能工作。

研究人員還證明，環形機器人可以調整其身體形狀，以擠過一個比環形機器人直徑窄30%以上的狹窄空間。而當間隙太窄，軟體機器人無法通過時，它就會調整方向，遠離間隙。

實驗室的博士后研究員Yao Zhao說："這是一個基本的進步，而不是以特定的應用為目的的設計。我們正在展示當'物理智能'被設計到材料和結構本身時可以實現什么，允許它在沒有計算輸入的情況下移動和導航空間。"

這篇論文發表在《先進材料》雜志上。