導讀

    雖然有人擔心機器人有一天會站起來反抗我們，但目前還存在一個主要障礙——它們普遍有些“脆弱”。

    本周的《Nature Materials》（自然材料）雜志上發表了一篇重要論文，內容關于美國卡耐基梅隆大學工程學院的研究人員設計出了一種可以自我修復的材料，這種材料可以在極端的機械損傷條件下，自發地修復自己。

    這種材料可以幫助機器人在短時間內從損傷中修復，能夠應用于仿生機器人、人機交互、可穿戴設備等領域。因為材料在受到拉伸時不會改變其高導電性，因此它是電力與數據傳輸的理想材料。

    材料概述

    這是一種由懸浮在柔軟彈性體中的液態金屬珠滴組成的軟物質復合材料。當這種材料受到拉伸等損傷時，金屬珠滴會產生破裂并與鄰近的珠滴形成新的連接，并不間斷地重布電信號。由這種材料的導電線路制成的電路板，即使在切斷、刺穿或者材料移除等條件下，也能保持完全連續運行的狀態。

    △ 由于損壞的電路可以即時修復，數顯時鐘得以繼續工作

    機械工程副教授Carmel Majidi表示：“柔性電子領域的其他研究已經催生出了具有彈性和變形能力的材料，但這些材料仍然不能應對機械損傷的影響，進而導致即時電氣故障。而我們發明的自修復材料達到了前所未有的水平，它可以使軟物質電子設備和機器展現出生物組織般的非凡韌性。”

    Majidi教授是柔性材料實驗室的負責人，也是軟物質科學領域開發新材料的先驅之一。他還表示：“制造與人體和環境更兼容的機器將開始于新型材料。”

    關于機器人的自我修復

    自然界的許多生物體都具有自我修復能力，當一些動物受傷時，它們可以通過跛行、轉移重心或其他方式來維持；有人扭傷了腳踝，仍然可以在受傷的情況下繼續行走。如今，一些科學家也在探索著讓機器人模仿和實現這種能力。

    本月5月3日，據英國《每日郵報》報道，科學家們研發出了一款機器人，其配有的算法可以繪制空間地圖，并創建擁有不同行走方式的數據庫，即便是在它的腿損壞、折斷或缺失的情況下，也能很快恢復。該機器人可以用來完成對人類來說過于危險的工作。

    下圖是比利時布魯塞爾自由大學的研究人員曾開發出的一種能夠在受損時自我修復的機器人。它其實是一個由聚合物制成的柔軟的機械手臂。當這個機械手臂受損時，可以通過加熱的方式來進行修復，加熱到 80 攝氏度時，這種聚合物的受損程度將會不斷減輕，直至恢復原狀，一旦冷卻，它將恢復到原來的形狀和強度。

    這個大學的研究人員還曾研制出一種模塊化機器人（下圖），能夠調整自身形態：通過拆分與合并形成全新的獨立機器人實體，根據任務或環境自主選擇適當的形狀和大小。它們的機器神經系統還可以在拆分合并的同時保持感覺運動控制力。這些機器人甚至能夠移除或更換障礙部件，包括出現功能障礙的腦單元，實現自我修復。

    美國斯坦福大學先前研發出的一種聚合物，同樣具備自我修復能力，可以用作具有超強彈性的人造肌肉。這種聚合物條可以從2.5厘米拉伸至2.5米。當被刺穿時，它可以自動融合修復。

    美國科羅拉多大學波爾得分校的研究人員曾研制出一種可自我修復的“電子皮膚”。 這種新型電子皮膚中嵌入了傳感器，可以測量壓力、溫度、濕度和氣流。電子皮膚內含有新型共價鍵動態網絡聚合物，通過向它施加適度的熱量和壓力，它能夠輕易地貼合到彎曲的表面上，例如人體手臂和機器手。

    這項研究的獨特之處在于使用的聚酰亞胺的化學鍵使得電子皮膚可以在室溫下自我愈合并完全回收。相對全世界范圍內每年產生幾百萬噸的電子垃圾，它將帶來很好的經濟和環境效益。

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責任編輯：王元

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