斯坦福大学新型软体机器人（浙大校友研发软体机器人速度超越F1赛车）

“为什么追我？”

“因为我要急支糖浆。”

现在，你的急支糖浆要小心了，因为今天要介绍的这款软体机器人奔跑速度是猎豹的两倍！甚至比F1赛车还要快，最快可以以70 体长/s 的速度奔跑，相比之下，猎豹的运行速度约为25体长/s ，F1赛车为50体长/s （每秒体长表示的相对速度可以量化不同生物体在各种体型中的速度）。

这步伐看起来有点像憨态可掬的扇贝，不过可千万别眨眼，不然它就跑没影了。

这是约翰内斯·开普勒大学软材料实验室团队开发的一款由电磁驱动的微型软体机器人，只有邮票大小，不仅奔跑速度超快，还能游泳、上台阶、跨越障碍物并且运输货物。

这项研究发表在《Nature Communications》杂志上，标题为“Ultrafast small-scale soft electromagnetic robots”。

文章的通讯及第一作者为是来自中国的毛国勇（Guoyong Mao）博士，本科与博士毕业于浙江大学，目前在约翰内斯·开普勒大学做研究工作。

▍速度七十迈，身体是自由自在

自然界中的许多动物可以快速移动——例如猎豹或瞪羚，这些特征用来帮助动物捕获猎物或躲避捕食者。多年来，制造具有相似速度能力、身体又柔软灵活的机器人一直是科学家的目标，但柔性材料的天然缺陷，比如响应慢及力量小等，让大多数软机器人运动速度较为缓慢。

基于软电磁弹性体的机器人（SEMR）通常响应速度快、易于小型化；软电磁弹性体致动器可以在弹性基板上印刷液态金属线圈制成，通过对液态金属施加电流，可以控制致动器运动。

但像这样的弯曲运动还远远不够，想要赋予机器人高度运动机制，还需进一步的设计。研究人员将预拉伸层（顶部）粘合到未变形层（底部）上来制造双层致动器，这样当双层膜被释放时，它会卷曲起来，利用双层膜的不匹配应变产生的卷曲与释放，来模仿猎豹奔跑时的动作。

除了身体，机器人的脚部设计也很重要，所设计的L型脚可以在纸、木材、金属、塑料和玻璃等各种平面上奔跑。不过脚部材料与平面的摩擦力越大时，机器人的奔跑速度就会越快，类似于猎豹的爪子能够牢牢抓住地面一样。

当机器人展开时，前脚向前移动，而后脚由于机械联锁而固定；然后机器人收缩，前脚固定，而后脚向前拉。它在 3D 波纹基材上（最佳平面）达到 70 体长/s的超高运行速度，在任意其他表面平均达到 35 体长/s。

到目前为止，小机器人都是由一根系绳外接电源系统驱动，为了进一步实现机器人的“自由”，研究人员放开了绳子，给机器人背上了电源“小书包”——定制的电池供电印刷电路板 (PCB)。背上书包的机器人运动速度不如之前那么快，但也能够达到2.1 体长/s，游泳速度为1.8体长/s。

▍多功能性运动且不受束缚：不仅仅是速度

除了高速运动外，许多动物具有更广泛的生存策略，例如对撞击或坠落的恢复能力、躲避障碍物的能力、随意穿越陆地/水生边界的能力，以及运输猎物的能力。

机器人同样具有这些能力，研究人员对其进行了耐久性测试，在行走过程中用重物压平，还用拉伸试验机压缩了机器人的主体，发现它可以承受达 139 atm（主体上为 2000 N）的压缩应力。

仅有弹性还不够，对于大多数小型机器人来说，克服障碍仍然具有挑战性。该款机器人可以通过施加脉冲电流信号跳过障碍物，它首先收缩然后倾斜其身体（在此过程中存储能量），然后像压缩弹簧一样膨胀（释放能量），并跳过障碍物。

除了陆地环境，小机器人还学会了游泳，凭借其重量轻和相对较低的平均密度，它可以漂浮在水面上，无需进一步修改；当用方波电流（0.5 A，20 Hz）驱动时，机器人以 43 mm/s 或 4.8 体长/s 的最大速度游泳，如果未来进一步改进将可达到鱼类的速度。

论文传送门：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32123-4

作者 | Robospeak

排版 | 麦子