天津大学4D打印软体机器人：打印出来即可无约束的滚动

2021年10月9日，南极熊从天津大学获悉，天大封伟教授团队制造一个智能的、对触觉敏感的4D打印软体机器人。这个基于液晶弹性体的机器人，当加热到160℃以上后变形为管状，可以实现无约束的自由滚动。该研究成果在《细胞》出版社旗下顶尖期刊《物质》发表。

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△滚动中的4D打印机器人
“软体机器人能够适应复杂环境，实现与人类更安全地交互。 ”封伟教授介绍， 3D打印可以基于数字模型自动准确地将设计思想转化为复杂零件，为软体机器人制造增加“时间”维度——即4D打印。

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△打印原理
将智能材料加工成具有对热刺激响应行为的动态结构。团队在此基础上通过4D打印对液晶弹性体智能材料进行精确加工，直接获得了具有感知能力和适应性的智能软体机器人。

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△机器人能够滚动爬坡
在这项研究中，封伟教授团队利用4D打印技术制造了一个管状体，曲率为机器人提供了可持续的定向滚动能力。一个10厘米长的机器人在水平面上可以达到超过48厘米/分钟的最大速度，并爬上大约20°的坡度。较长的管状物滚动速度更快，稳定性更好，这确保了机器人对复杂地形的适应性。

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该管状自主软体机器人通过对热的感知，可以自主改变自身形状进而调整运动速度和方向。自主控制滚动方向的特性使得这种软体机器人有类似昆虫触角的触觉感知能力，让它能够探测前方道路上的障碍物，根据障碍物的高低实现翻越或折返。
“当样品机器人以一定角度放置在倾斜的加热板上时，样品依然可以向上自主滚动。 ”封伟教授说， “这种自主软体机器人的整个驱动过程是自动的，无需改变环境因素，机器人就能够在脱离人工控制的情况下完成任务。 ”
鉴于材料和结构的灵活性，机器人的触觉感应能力与昆虫的触角相似。此外，机器人可以承载40倍于其自身重量的负载，这增加了机器人在运输行业的潜在可能性。
【天津大学4D打印软体机器人：打印出来即可无约束的滚动】论文原文：https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.08.014