软多功能机器人变得非常小

机器人专家正在设想一个未来，在这个未来中，柔软的动物机器人可以安全地部署在难以进入的环境中，例如人体内部或对人类来说太危险的空间，其中刚性机器人目前无法用过。已经创建了厘米大小的软机器人，但到目前为止还无法制造能够以较小尺寸移动和操作的多功能柔性机器人。

哈佛大学Wyss生物启发工程研究所，哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)和波士顿大学的研究团队现已通过开发一种能够设计软机器人的集成制造工艺来克服这一挑战。具有微米级特征的毫米级。为了展示他们的新技术的能力，他们创造了一种机器人软蜘蛛 - 灵感来自毫米大小的彩色澳大利亚孔雀蜘蛛 - 来自单一的弹性材料，具有塑身，运动和颜色特征。该研究发表在Advanced Materials上。

“最小的软机器人系统仍然非常简单，通常只有一个自由度，这意味着它们只能驱动一个特定的形状或类型的运动变化，”Sheila Russo博士说，该研究的作者。Russo曾在Wyss Institute和SEAS的Robert Wood小组担任博士后研究员，现在是波士顿大学的助理教授。“通过开发融合了三种不同制造技术的新型混合技术，我们创造了一种仅由硅橡胶制成的软机器人蜘蛛，具有18个自由度，包括结构，运动和颜色的变化，以及微米范围内的微小特征。 ”

伍德博士是Wyss研究所Bioinspired Soft Robotics平台的核心教员和共同领导者，以及SEAS的Charles River工程和应用科学教授。“在软机器人设备领域，这种新的制造方法可以为在这种小规模上实现类似水平的复杂性和功能铺平道路。在未来，它还可以帮助我们模拟和理解小动物的结构 - 功能关系，比刚性机器人更好，“他说。

在他们用于可重构气动/液压(MORPH)设备的Microfluidic Origami中，该团队首先使用软光刻技术生成12层弹性硅胶，这些硅胶共同构成了软蜘蛛的材料基础。使用激光微加工技术从模具中精确切割每一层，然后粘合到下面的一层以创建软蜘蛛的粗糙3D结构。

将这种中间结构转化为最终设计的关键是预先设想的中空微流体通道网络，其整合到各个层中。使用称为注射诱导自折叠的第三种技术，加压一组这些集成的微流体通道，其具有来自外部的可固化树脂。这引起单独的层，并且还有它们的相邻层，以局部弯曲成它们的最终构型，当树脂硬化时，其固定在空间中。这样，例如，软蜘蛛的腹部肿胀和向下弯曲的腿成为永久性的特征。

“我们可以通过改变不同层上与通道相邻的硅树脂材料的厚度和相对一致性，或者通过在距离通道不同距离处的激光切割来精确控制这种类似折纸的折叠过程。在加压过程中，通道起着致动器的作用，引起永久性的结构变化，“第一作者和相应的作者Tommaso Ranzani博士说，他是Wood集团的博士后研究员，现在也是波士顿大学的助理教授。 。

剩下的一组集成微流体通道被用作额外的致动器，以使眼睛着色并通过流动有色流体模拟孔雀蜘蛛物种的腹部颜色图案; 并引起腿部结构中的行走式运动。“第一个MORPH系统是在一个单一的整体工艺中制造的，可以在几天内完成，并且可以在设计优化工作中轻松迭代，”Ranzani说。

“MORPH方法可以为那些更专注于医疗应用的研究人员开辟软机器人领域，这些机器人的小尺寸和灵活性可以为内窥镜和显微外科提供全新的方法，”Wyss Institute创始总监Donald Ingber说。医学博士，博士，也是 HMS 血管生物学的 Judah Folkman教授和波士顿儿童医院的血管生物学项目，以及SEAS的生物工程教授。

该研究的其他作者是Wood团队的研究生Nicholas Bartlett和Wood的前博士后研究员Michael Wehner，他是加州大学圣克鲁兹分校的助理教授。该研究由哈佛大学的Wyss研究所，国防高级研究计划局(DARPA)和国防科学与工程研究生奖学金资助。