“為什么追我？”

“因?yàn)槲乙敝菨{?！?/span>

現(xiàn)在，你的急支糖漿要小心了，因?yàn)榻裉煲榻B的這款軟體機(jī)器人奔跑速度是獵豹的兩倍！甚至比F1賽車還要快，最快可以以70 體長(zhǎng)/s 的速度奔跑，相比之下，獵豹的運(yùn)行速度約為25體長(zhǎng)/s ，F(xiàn)1賽車為50體長(zhǎng)/s （每秒體長(zhǎng)表示的相對(duì)速度可以量化不同生物體在各種體型中的速度）。

這步伐看起來(lái)有點(diǎn)像憨態(tài)可掬的扇貝，不過(guò)可千萬(wàn)別眨眼，不然它就跑沒(méi)影了。

這是約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒大學(xué)軟材料實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一款由電磁驅(qū)動(dòng)的微型軟體機(jī)器人，只有郵票大小，不僅奔跑速度超快，還能游泳、上臺(tái)階、跨越障礙物并且運(yùn)輸貨物。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《Nature Communications》雜志上，標(biāo)題為“Ultrafast small-scale soft electromagnetic robots”。

文章的通訊及第一作者為是來(lái)自中國(guó)的毛國(guó)勇（Guoyong Mao）博士，本科與博士畢業(yè)于浙江大學(xué)，目前在約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒大學(xué)做研究工作。

速度七十邁，身體是自由自在

自然界中的許多動(dòng)物可以快速移動(dòng)——例如獵豹或瞪羚，這些特征用來(lái)幫助動(dòng)物捕獲獵物或躲避捕食者。多年來(lái)，制造具有相似速度能力、身體又柔軟靈活的機(jī)器人一直是科學(xué)家的目標(biāo)，但柔性材料的天然缺陷，比如響應(yīng)慢及力量小等，讓大多數(shù)軟機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度較為緩慢。

基于軟電磁彈性體的機(jī)器人（SEMR）通常響應(yīng)速度快、易于小型化；軟電磁彈性體致動(dòng)器可以在彈性基板上印刷液態(tài)金屬線圈制成，通過(guò)對(duì)液態(tài)金屬施加電流，可以控制致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。

但像這樣的彎曲運(yùn)動(dòng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，想要賦予機(jī)器人高度運(yùn)動(dòng)機(jī)制，還需進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。研究人員將預(yù)拉伸層（頂部）粘合到未變形層（底部）上來(lái)制造雙層致動(dòng)器，這樣當(dāng)雙層膜被釋放時(shí)，它會(huì)卷曲起來(lái)，利用雙層膜的不匹配應(yīng)變產(chǎn)生的卷曲與釋放，來(lái)模仿獵豹奔跑時(shí)的動(dòng)作。

除了身體，機(jī)器人的腳部設(shè)計(jì)也很重要，所設(shè)計(jì)的L型腳可以在紙、木材、金屬、塑料和玻璃等各種平面上奔跑。不過(guò)腳部材料與平面的摩擦力越大時(shí)，機(jī)器人的奔跑速度就會(huì)越快，類似于獵豹的爪子能夠牢牢抓住地面一樣。

當(dāng)機(jī)器人展開(kāi)時(shí)，前腳向前移動(dòng)，而后腳由于機(jī)械聯(lián)鎖而固定；然后機(jī)器人收縮，前腳固定，而后腳向前拉。它在 3D 波紋基材上（最佳平面）達(dá)到 70 體長(zhǎng)/s的超高運(yùn)行速度，在任意其他表面平均達(dá)到 35 體長(zhǎng)/s。

到目前為止，小機(jī)器人都是由一根系繩外接電源系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的“自由”，研究人員放開(kāi)了繩子，給機(jī)器人背上了電源“小書包”——定制的電池供電印刷電路板 (PCB)。背上書包的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度不如之前那么快，但也能夠達(dá)到2.1 體長(zhǎng)/s，游泳速度為1.8體長(zhǎng)/s。

多功能性運(yùn)動(dòng)且不受束縛：不僅僅是速度

除了高速運(yùn)動(dòng)外，許多動(dòng)物具有更廣泛的生存策略，例如對(duì)撞擊或墜落的恢復(fù)能力、躲避障礙物的能力、隨意穿越陸地/水生邊界的能力，以及運(yùn)輸獵物的能力。

機(jī)器人同樣具有這些能力，研究人員對(duì)其進(jìn)行了耐久性測(cè)試，在行走過(guò)程中用重物壓平，還用拉伸試驗(yàn)機(jī)壓縮了機(jī)器人的主體，發(fā)現(xiàn)它可以承受達(dá) 139 atm（主體上為 2000 N）的壓縮應(yīng)力。

僅有彈性還不夠，對(duì)于大多數(shù)小型機(jī)器人來(lái)說(shuō)，克服障礙仍然具有挑戰(zhàn)性。該款機(jī)器人可以通過(guò)施加脈沖電流信號(hào)跳過(guò)障礙物，它首先收縮然后傾斜其身體（在此過(guò)程中存儲(chǔ)能量），然后像壓縮彈簧一樣膨脹（釋放能量），并跳過(guò)障礙物。

除了陸地環(huán)境，小機(jī)器人還學(xué)會(huì)了游泳，憑借其重量輕和相對(duì)較低的平均密度，它可以漂浮在水面上，無(wú)需進(jìn)一步修改；當(dāng)用方波電流（0.5 A，20 Hz）驅(qū)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人以 43 mm/s 或 4.8 體長(zhǎng)/s 的最大速度游泳，如果未來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)將可達(dá)到魚類的速度。

論文傳送門：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-32123-4