機器人不一定要用鋼鐵鑄造，用氣球也可以

用氣球能做機器人嗎？只要你敢想，吹氣球還能登上《Nature》封面！

普林斯頓大學的研究人員製造的「花式氣球」機器人可以捲曲成一隻手，輕輕的握起一顆樹莓。

還可以變換造型像一個扇貝，可以溫柔地包裹物體。

除了「溫柔」這一特性外，它還可以很有力，比如充當機器人的「肱二頭肌」。

可以製成有力拍打的魚尾在水下遨遊。

這是一個使用氣泡鑄造方法製造的軟體機器人，「花式氣球」機器人在被充氣時會以可預測的方式改變形狀。目前，這一研究成果發表在《Nature》雜誌上。

軟體機器人的「吹氣球」控制術

製造這樣一個軟體機器人有什麼用處呢？

從前，剛性機器人在機器人領域占了主導位置，但它天生和柔軟脆弱的東西很難合在一起，而軟體機器人使用更柔軟、更靈活的材料，與物品互動的過程中能更「貼心」。

設計軟體機器人的一項挑戰是如何控制它們的拉伸和變形方式，這決定了它們如何移動。

普林斯頓大學的這種「吹氣球」方法使用流體力學的基本規則——流體物理學，為軟體機器人創建執行器。研究人員使用了一種稱為彈性體的液體聚合物，該聚合物固化後會成為橡膠狀的彈性材料，可以被注射到一個簡單的模具中，像是五角星氣球。

接下來，研究人員將空氣注入液體彈性體中，這樣就在模具的整個長度上形成了一個長氣泡。

由於重力，當彈性體排到底部時，氣泡慢慢上升到頂部。一旦彈性體硬化，就可以將其從模具中取出並用空氣充氣，這會導致帶有氣泡的薄面在較厚的底座上拉伸和捲曲。

一根根卷起的「手指」，就像彈鋼琴一樣

透過控制一些因素——塗在模具上的彈性體的厚度、彈性體沉降到底部的速度以及固化所需的時間，研究人員可以決定所產生的致動器將如何移動。換句話說，是流體力學正在做這項工作。

「如果在固化前允許更多的時間讓聚合物殘留物排出，頂部的薄膜會更薄；薄膜越薄，當你給它充氣時它會拉伸得越多，並導致更大的整體彎曲，」第一作者崔佛·瓊斯(Trevor Jones) 解釋說。

這種「吹氣球」的鑄造方法的一個主要優點是它不需要 3D 印表機、雷射切割機或其他常用於軟體機器人的昂貴設備；同時，該系統是可擴展的，它可以被製作成幾公尺長的執行器，也可以變成像頭髮絲一樣細小。

瑞士洛桑 EPFL 流體動力學教授佛朗索瓦·加賴爾(François Gallaire)評論道：「真正聰明的是這種僅透過自然流體運動來塑造結構的想法。」「這些工藝將在許多不同的規模上發揮作用，包括非常小的東西。這很令人興奮，因為用典型的製造方法做出這種執行器非常困難。」

儘管靈活性好、成本低，但氣泡鑄造方法也有其局限性。到目前為止，研究人員成功地製造了幾公尺長的彈性體填充管，然而一旦過度充氣會導致氣球爆裂。「失敗是相當災難性的，」瓊斯說。

接下來，該小組將使用他們的系統來創建更複雜的執行器並探索新的應用，例如創建帶有腔室的執行器，這些腔室使用單個壓力源使它們膨脹，進而模擬人類心臟的跳動，交替收縮和放鬆。