研究人员已经开发出一种新的软体机器人设计，它可以同时进行三种行为:向前滚动，像唱片一样旋转，以及沿着围绕一个中心点的轨道运行。该设备无需人工或计算机控制即可运行，有望开发出可用于导航和绘制未知环境地图的软机器人设备。

这种新型软体机器人被称为扭曲环形机器人。它们是由缎带状的液晶弹性体制成的，这些弹性体像意大利面一样扭曲，然后在末端连接在一起，形成一个类似手镯的环。当机器人被放置在至少55摄氏度(131华氏度)的表面上时，接触表面的部分会收缩，而暴露在空气中的部分则不会。这引起了滚动运动;表面温度越高，机器人滚得越快。

该研究论文的通讯作者、北卡罗莱纳州立大学机械与航空航天工程副教授尹杰说:“丝带在其水平轴上滚动，给了环前进的动力。”

扭曲的环形机器人也沿着它的中轴旋转，就像唱机转盘上的唱片一样。当扭曲的环形机器人向前移动时，它沿着一个中心点的轨道运行，基本上是在一个大圆上移动。然而，如果扭曲的环形机器人遇到一个边界——比如盒子的墙壁——它就会沿着边界移动。

Yin说:“这种行为对于绘制未知环境特别有用。”

扭曲的环形机器人是行为受物理智能控制的设备的例子，这意味着它们的行为是由它们的结构设计和制造材料决定的，而不是由计算机或人为干预指导的。

研究人员能够通过设计设备的几何形状来微调扭曲的环形机器人的行为。例如，他们可以通过一种或另一种方式扭曲丝带来控制扭曲的ringbot旋转的方向。速度可以通过改变缎带的宽度、缎带上的扭转次数等来影响。

在概念验证测试中，研究人员表明，扭曲的ringbot能够跟随各种受限空间的轮廓。

该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士生齐方杰说:“无论扭曲的环形机器人在哪里被引入这些空间，它都能够到达一个边界，并沿着边界线绘制空间的轮廓——无论是正方形还是三角形等等。”它还能识别出边界上的缺口或损害。

“我们还能够通过在空间中引入两个扭曲的环形机器人来绘制更复杂空间的边界，每个机器人在不同的方向旋转，”Qi说。“这导致它们沿着边界走不同的路。通过比较两种扭曲的环形机器人的路径，我们能够捕捉到更复杂空间的轮廓。”

“原则上，无论一个空间有多复杂，如果你引入足够多的扭曲环机器人来绘制整个图像，每个环机器人都给出了它的一部分，你就能绘制出它的地图，”尹说。而且，考虑到这些产品的生产成本相对低廉，这是可行的。

“软机器人仍然是一个相对较新的领域，”尹说。“寻找以可重复的、工程化的方式控制软机器人运动的新方法，将推动该领域向前发展。推进我们对可能性的理解是令人兴奋的。”

论文“自主周期性翻转-自旋-轨道软机器人的缺陷扭曲环拓扑”将于1月8日当周发表在《美国国家科学院院刊》上。该论文由北卡罗来纳州立大学博士后研究员李彦斌和赵瑶共同撰写;洪耀野，北卡州立大学博士研究生;以及北卡罗来纳州立大学的博士生清海涛。

作者：北卡罗莱纳州立大学

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240108153135.htm

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