材料領(lǐng)域再現突破 石墨烯凝膠造就“軟體機器人”

　　不同于《星球大戰》和《終結者》中的“金屬機器人”，未來(lái)機器人將是柔軟可變形的“軟體”，與人類(lèi)將越來(lái)越相像。這種靈活移動(dòng)的軟體機器人，能夠爬行、扭動(dòng)，并蠕動(dòng)穿過(guò)堅硬、狹小的空間，應用極為廣泛。目前科學(xué)家們研制出了一種新形式的可對近紅外光響應的水凝膠，可以作為軟體機器人的原料。這種材料由蛋白和彈性蛋白構成，其中還包含薄的石墨烯層。

材料是軟體機器人發(fā)展核心

　　軟體機器人是一種新型柔韌機器人，可以?xún)H用空氣來(lái)驅動(dòng)。此前科學(xué)家研究的軟體機器人采用紙質(zhì)和硅橡膠制成，能夠彎曲、扭轉和抓起自身重量100多倍的物體。軟體機器人的設計靈感是摸仿人類(lèi)的內部構造或昆蟲(chóng)的外形架構等，尤其是后者。

　　此前，大多數人聽(tīng)到“機器人”一詞，便會(huì )想起金屬人形生物。不過(guò)現在，科學(xué)家們開(kāi)始在章魚(yú)、海參、魷魚(yú)和毛毛蟲(chóng)等生物中尋找創(chuàng )作靈感，以此來(lái)創(chuàng )造“軟機器人”。目前，科學(xué)家們研發(fā)出一種新形式的可對近紅外光響應的水凝膠，將有助于實(shí)現軟體機器人。這種材料由蛋白和彈性蛋白構成，還包含有薄的石墨烯層。合成蛋白在冷卻后將吸收水，加熱時(shí)，水便被釋放。當石墨層積熱量時(shí)，它們便獲得近紅外范圍內的光。

　　研究人員稱(chēng)，將這些材料結合，能夠復制植物細胞對光的響應過(guò)程。只有在這種情況下，這一過(guò)程才能更具控制性。由于凝膠材料并不能十分均勻地分布，因此材料便會(huì )向光源一方彎曲。這種效應已經(jīng)在以一只手的形狀存在的水凝膠證實(shí)，曝光于光一側的手指水凝膠開(kāi)始彎曲。

　　分析人士指出，許多機器人的關(guān)節是由可變形的材料制成，非�？旖莺蛷姶�，但現有技術(shù)還不能生產(chǎn)出與自然界動(dòng)物相媲美的野外活動(dòng)能力的機器人。制造隨意運動(dòng)且能精確控制的軟體裝置難度極大，這就是為何至今機器人運動(dòng)仍舊像機器人而不是活生生動(dòng)物的主要原因。而石墨烯凝膠將可以為機器人開(kāi)發(fā)柔軟材料，在該領(lǐng)域形成突破。

軟體機器人應用空間廣泛

　　機械工程師常使用剛性金屬材料制造機器人，但這類(lèi)機器人通常分量重且昂貴，能執行的動(dòng)作類(lèi)型有限，還難以在復雜地形中行進(jìn)。而靈活移動(dòng)的軟體機器人，能夠爬行、扭動(dòng)，并蠕動(dòng)穿過(guò)堅硬、狹小的空間。

　　由于具備身體容易彎曲的優(yōu)點(diǎn)，軟體機器人應用極為廣泛。比如，能進(jìn)到狹小的空間進(jìn)行監控，鉆進(jìn)人的身體提供醫學(xué)影像或散布藥物;能使許多危險手術(shù)更加安全，且疼痛減少;能去宇航員不能去的地方，比如為美國宇航局修理空間站;能夠執行工業(yè)中需要彈性運動(dòng)的更加復雜的任務(wù);能夠幫助進(jìn)行危險環(huán)境的探查，如核反應堆和地雷探測;能夠承擔在擁擠空間里需要更加擠壓的任務(wù)等。

　　美國麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)曾開(kāi)發(fā)一個(gè)軟體機器人，使用了形狀記憶合金制成的人造肌肉。它既柔軟又堅韌，能像蚯蚓那樣蠕動(dòng)，卻能在狠狠錘打下安全無(wú)恙。這種機器人最大的優(yōu)點(diǎn)就是它的耐用性。由于沒(méi)有氣動(dòng)泵、剛性的齒輪和電池，機器人能夠熬過(guò)各種各樣的襲擊，這使它能滿(mǎn)足一些軍事應用的需求。

　　最近，機器人科學(xué)家的設計靈感已轉向自然。哈佛大學(xué)團隊開(kāi)發(fā)的“軟機器人”就是受到魷魚(yú)和章魚(yú)等海洋生物的啟發(fā)。這些以硅為基礎的創(chuàng )作，不僅具有廣泛的靈活性，也可以改變顏色。這種機器人會(huì )爬行、懂得偽裝，并能避開(kāi)紅外線(xiàn)攝像機的追蹤。