一、重磅!普林斯顿开发出元机器人且刊登在自然杂志上

　　在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，研究人员解释了他们如何从折纸艺术中获得灵感，设计出一种连接机器人和材料科学之间差距的结构。结果是一种超材料，一种工程材料，其独特的性能源于其物理结构而不是化学组成。

　　该团队使用基本塑料和特殊设计的磁性复合材料的混合物制造了它。通过施加磁场，他们可以改变材料的结构，使其在不直接接触的情况下向各个方向膨胀、移动和弯曲。

　　二、深入背后：折纸启发的metabbot(元机器人)发明

　　该团队称他们的发明为“超机器人”——一种可以改变形状和移动的超材料。

　　“电磁场同时携带能量和信号。“每一种行为都很简单，但当你把它们放在一起时，行为就会变得非常复杂，”该论文的作者之一、普林斯顿大学安德林格能源与环境中心电子与计算机工程副教授陈敏杰说。“这项研究突破了电力电子技术的界限，证明了扭矩可以远程、即时、精确地传递一段距离，从而触发复杂的机器人运动。

　　元胞是许多可重构单元胞的模块化集合体，这些单元胞互为镜像。这种镜像，称为手性，允许复杂的行为。波利诺实验室的博士后研究员赵拓(音)说，在一个简单的推动下，metabbot可以做出很大的扭曲——扭曲、收缩和收缩。

　　材料和机器人专家赵宣和没有参与这项研究，他说：“这项工作为折纸设计和应用开辟了一条令人兴奋的新途径。”

　　“通过控制模块的组装和手性状态，目前的工作已经实现了极其通用的机械超材料，”麻省理工学院unas和Helen Whitaker教授赵说。“模块化、手性折纸超材料的多功能性和潜在功能确实令人印象深刻。”

　　三、未来影响：跨领域应用前景广阔

　　意大利特伦托大学(Universita ' di Trento)固体和结构力学教授戴维德·比戈尼(Davide Bigoni)称这项工作具有开创性，并表示它可能“推动多个领域的范式转变，包括软机器人、航空航天工程、能量吸收和自发体温调节”。

　　为了探索这项技术的机器人应用，论文的作者赵拓(音译)利用普林斯顿材料研究所的激光光刻机制造了一个高度为100微米(比人类头发略厚)的元机器人原型。研究人员表示，类似的机器人有一天可以将药物运送到身体的特定部位，或者帮助外科医生修复受损的骨骼或组织。

　　研究人员还利用这种超材料制造了一种温度调节器，通过在吸光的黑色表面和反射的黑色表面之间转换来工作。在一项实验中，研究人员将这种超材料暴露在明亮的阳光下，并能够将表面温度从27摄氏度(80华氏度)调节到70摄氏度(158华氏度)，然后再调节回来。

　　另一个可能的用途是天线、透镜和处理光波长的设备。

　　四、材料探究：Kresling模式和磁控制

　　几何学是新材料的关键。研究人员制造了带有支撑杆的塑料管，这样管子在被压缩时就会扭曲，在被扭曲时就会压缩。在折纸中，这些管子被称为克雷斯林图案。研究人员通过在底部连接两个镜像克雷斯林管，形成一个长圆柱体，创造了他们设计的基本构件。因此，在一个方向扭曲时，圆柱体的一端折叠，而在相反方向扭曲时，另一端折叠。

　　这种简单的重复管道模式使得使用精确的工程磁场独立移动管道的每个部分成为可能。磁场使克雷斯林管扭曲、坍缩或爆裂，产生复杂的行为。

　　保利诺说，手性——镜像部分——的一个结果是，这种材料可以违背物理物体中典型的作用和反应规则。“通常，如果我顺时针旋转一根橡胶梁，然后逆时针旋转，它会回到起点，”保利诺说。该小组创造了一个简单的元机器人，当顺时针旋转时，它会折叠，当逆时针旋转时，它会重新打开——这是一种正常的行为。然而，如果以相反的顺序扭曲——逆时针然后顺时针——同一装置会坍塌，然后进一步坍塌。

　　保利诺说，这种不对称的行为模拟了一种叫做滞后的现象，在这种现象中，系统对刺激的反应取决于系统内部变化的历史。这类系统在工程学、物理学和经济学中都有发现，很难用数学方法来建模。保利诺说，这种超材料提供了一种直接模拟这些系统的方法。

　　这种新材料的一个更长远的用途是设计物理结构，模仿计算机中由晶体管制成的逻辑门的性能。

　　“这给了我们一种物理方法来模拟复杂的行为，比如非交换态，”保利诺说。

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