高空走钢丝：柔性机器人可以在陡峭的空中电缆上运送货物

“我们之前已经制造了可以快速在水中和坚固地面上移动的软机器人，但想探索一种能够在开放空间中通过空气运输物体的设计，”北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授、这项工作的对应作者尹杰表示。“做到这一点最简单的方法就是遵循既定轨道——类似于您在山中看到的空中索道。我们现在已经证明这可能实现。”

这些软机器人由类似丝带的液晶弹性体制成，像旋转面条一样扭曲，然后在末端连接在一起形成一个类似手镯的环。这个“软环机器人”悬挂在一个轨道上，这个轨道可以是线、导线、电缆或其他材料。具体来说，环绕轨道的相同环形结构缠绕两到三次，这使得环以与轨道平行的角度悬挂。

当暴露在垂直于轨道的红外光时，吸收最多光的丝带部分会收缩。这会引发一种滚动运动：暴露在光中的丝带部分收缩，将“较凉”的丝带部分拉入光照中，那部分在第一部分冷却时会升温，导致这个循环一次又一次地重复。而随着软环的滚动，自身扭转，它会沿着轨道拉动自己。

“随着丝带的转动，就像在转动一个螺丝，使得软机器人能够沿轨道移动——即使是在搬运货物时也能以陡峭的角度前进，”尹说。

研究人员证明，软环机器人能够在与人类头发一样细的轨道上行驶，也能够在如饮管一样厚的轨道上行驶。软环机器人还能够克服轨道上的障碍物，如结或隆起。研究人员展示了机器人还能在斜坡上上下移动，可以承载超过自身重量12倍的负载。

“我们还展示了它可以沿着复杂的路线行驶——不一定要是一条直线，”论文第一作者、北卡罗来纳州立大学博士生齐方杰说。“我们已经证明它能够以受控的方式沿着曲线、圆形、三维螺旋等移动。我们认为，机器人在以可预测的方式导航复杂图案时的适应性对其在实际应用中的可用性具有潜力。”

“我们现在正在考虑这种技术的具体应用，以及使软机器人能够响应除红外光以外的输入，”尹说。“例如，开发在阳光下或响应其他外部能源的软环机器人。”