如圖所示，放射狀排列的微陣列中的微結構可執行復雜的局部相互作用柱的行波。圖片來源：喬安娜·艾森伯格/哈佛大學工程與應用科學學院

   科技日報記者?張夢然

多年來， 科學家們一直在嘗試為微型機器人系統設計微小的人造纖毛，以期該系統可執行復雜運動，包括彎曲、扭曲和反轉。美國哈佛大學研究人員開發了一種單材料、單刺 激的微結構，甚至可以超越活纖毛。這些可編程的微米級結構能用于包括柔性機器人、生物相容性醫療設備，甚至動態信息加密等一系列應用。該研究近日發表于 《自然》雜志上。

構建比人類發絲還小的微結構，通常需要多步制造過程和不同的刺激來產生復雜的運動，這限制了它們的廣泛應用。

哈佛大學工程與應用科學學院化學與化學生物學教授喬安娜·艾森伯格稱，能夠進行各種程序化運動的自適應、自調節材料，代表了一個重要創新，這一領域的進展會影響各種設計材料和設備運行方式，包括機器人、醫學和信息技術。

與之前主要依靠復雜材料來實現可重構元件的可編程運動不同，艾森伯格團隊設計了一種由單一材料（光響應液晶彈性體）制成的微結構柱。鑒于液晶彈性體基本結構的單元排列方式，當光線照射時，其會重新排列且形狀發生改變。

隨著這種變化會發生兩件事。首先，光線照射的地方變得透明，允許光線進一步穿透到材料中，再導致額外的變形；其次，隨著材料變形和形狀移動，柱子上的一個新點暴露在光線下，導致該區域也改變了形狀。這個反饋回路，推動微結構進入運動循環。

研究人員表示，“內部和外部反饋循環為我們提供了一種自我調節的材料。一旦你打開燈，它就會自行完成所有工作。當燈關閉時，材料會恢復到原來的形狀”。

材料的特定扭曲和運動隨其形狀而變化，使這些簡單的結構可“無休止地”重新配置和調整。研究人員使用模型和實驗展示了圓形、方形、L形和T形以及棕櫚樹形結構的運動，并嘗試了材料可調整的所有其他方式。

研究表明，通過調整一系列參數來編程，可以進行包括照明角度、光強度、分子排列、微觀結構幾何形狀、溫度以及照射間隔和持續時間的變化。

艾森伯格稱，個體和集體運動的巨大設計空間，意味著柔性機器人、傳感器和強大信息加密系統未來潛在的變革性。

總編輯圈點

無論是在 科幻作品中，還是在現實生活中，機器人給我們留下的印象大都冷冰冰、硬邦邦的，動作也十分機械。這并不能完全滿足我們對機器人的定義和期待。在這一背景 下，柔性機器人相關研究應運而生。采用更柔、更薄、更纖細甚至可編程的各種柔性材料，是讓機器人變得更加柔軟、小巧、靈活、智能的重要途徑之一。形式、功 能各異的柔性機器人可以執行傳統機器人所不擅長的眾多任務，彌補了傳統機器人之不足，也在不斷拓展我們對機器人的理解和認知。