借鉴壁虎脚黏附性能和尺蠖运动步态设计的软体机器人Geca-Robot
这是个2厘米长、0.3克重、身段柔软灵活的小玩意儿，能指哪去哪儿、上下陡坡、负载重物、适应各类表面、不惧高温严寒……近日，武汉大学动力与机械学院、工业科学研究院教授薛龙建课题组（NISE-Lab）研制出一种可精准控制方向和速度、综合性能极佳的迷你软体机器人Geca-Robot，预期可在废墟狭缝、生物体内完成各种复杂作业。
这一题为《具备定向全地形运动能力的仿生有足软体机器人》的论文近日发表于材料领域顶尖期刊《今日材料》，并被选为内封面文章。论文第一作者为武汉大学动力与机械学院博士生汪鑫，通讯作者为武汉大学教授刘胜和薛龙建。
相较于传统刚性机器人，软体机器人往往具有更大的自由度和变形能力，在生产生活、医疗救援等领域具有巨大的应用潜力，受到科研工作者的广泛关注。然而，小尺寸软体机器人的足部设计却很少被注意到，许多机器人甚至缺乏足部设计。由于没有良好的足部设计，软体机器人往往需要粗糙表面或具有特殊结构的基底表面来提供前进运动的反作用力，运动过程很难精确控制。而且，在光滑、倾斜或是有水的表面等，机器人的运动能力可能也会受到限制。
“我们的研究灵感来源于两种动物，即壁虎和尺蠖。”据薛龙建介绍，他的课题组长期致力于仿生材料研究，他们发现，壁虎脚掌上的独特刚毛结构可以使其在各种地形上进行稳定快速的运动，这正好可以解决目前小尺寸软体机器人对运动表面适应性较差的问题。因此，他们尝试向机器人上引入仿壁虎脚趾刚毛的足部，让机器人具有良好表面适应性。
这个小家伙有着自己的“脚”和“肌肉”。它以仿壁虎刚毛的微米三棱柱阵列作为“脚”，以交替排列的透明PDMS条带和石墨烯/PDMS复合材料（GP）条带组成“肌肉”。步态则是借鉴了壁虎脚的取向黏附能力和尺蠖前后足交替运动模式。在光照（紫外到红外光全波段均可）时，前足向前移动，关闭光照时，后足向前移动；交替的开关光照则驱动它不断向前运动。
别看这个叫Geca-Robot的家伙身段小，它的本领可不小：仿生足部结构相当于给它穿上了最好的“防滑跑鞋”，不管是在粗糙或是光滑平面上，均能获得足够的抓地力而不会打滑；疏水的结构可保证它在潮湿有水的表面运动，运动过程中，哪怕水量覆盖住其足部，它的运动过程也不会受到阻碍；仿生足部设计和仿尺蠖的运动步态，可以使它在高达30度坡度的光滑表面稳定停泊而不发生滑移，并可以在光照下进行上下坡运动。此外，它可以在100 度至-20 度温度区间的环境内运动，能适应极端温度变化。而且，它还是个“大力士”，可以在负载超过其自重50倍的情况下稳定运动。
由于具有良好的表面适应性和负载能力，而且可以被从紫外到红外全波段的光远程控制，Geca-Robot很适合在狭窄恶劣的环境中作业。例如，可在裂纹和深坑中进行地质勘探，废墟裂缝中进行搜救和目标定位，甚至借助可穿透皮肤的红外光源，在具有复杂表面形貌、酸碱性、温度和湿度的生物器官内或血管中进行药物递送或是病灶检查，应用潜力巨大。（来源：中国科学报 温才妃 陈丽霞）
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2019.12.028
版权声明：凡本网注明“来源：中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品，网站转载，请在正文上方注明来源和作者，且不得对内容作实质性改动；微信公众号、头条号等新媒体平台，转载请联系授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。
