過去，機器人只能在工廠進(jìn)行繁重的工作或進(jìn)行精細(xì)的工作?，F(xiàn)在，波士頓動力公司靈活的四足機器人Spot可供公司租借以執(zhí)行各種實際工作，這標(biāo)志著近年來人機之間的普通交互已經(jīng)變得多么普遍。

盡管Spot具有通用性和魯棒性，但它卻被社會視為傳統(tǒng)機器人，即金屬和硬塑料的混合物。許多研究人員堅信， 能夠與人進(jìn)行安全的物理交互的軟機器人(例如，通過抓握和移動物體來提供室內(nèi)幫助)將與硬機器人一起為未來創(chuàng)造條件。

柔軟的機器人技術(shù)和可穿戴計算機，這兩種對于人類交互而言都是安全的技術(shù)，它們將需要新型的材料，這些材料必須柔軟，可拉伸并具有多種功能。我和我的同事在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)軟件實驗室研究了這些多功能材料。與 合作者一起，我們最近開發(fā)了一種這樣的材料，它獨特地結(jié)合了金屬，軟橡膠和形狀記憶材料的特性。

這些柔軟的多功能材料(我們稱為它們)可以導(dǎo)電，檢測損壞并自我修復(fù)。它們還可以感應(yīng)觸摸并響應(yīng)電刺激(例如人造肌肉)改變其形狀和剛度。在許多方面，這都是開創(chuàng)性的研究人員Kaushik Bhattacharya和Richard James所說的：“ 材料就是機器。”

使材料智能化

物質(zhì)就是機器這一思想可以體現(xiàn)在體現(xiàn)智能的概念中。該術(shù)語通常用于描述互連的材料系統(tǒng)，例如膝蓋的肌腱。跑步時，每次腳踩到地面時，筋都可以拉伸和放松以適應(yīng)，而無需任何神經(jīng)控制。

還可以在一種材料中考慮體現(xiàn)的智能-一種可以感知，處理和響應(yīng)其環(huán)境的智能，而無需諸如傳感器和處理單元之類的嵌入式電子設(shè)備。

一個簡單的例子是橡膠。在分子水平上，橡膠包含成串纏繞在一起的分子串。拉伸或壓縮橡膠會移動并解開琴弦，但它們的連接會迫使橡膠彈回其原始位置而不會永久變形。橡膠“知道”其原始形狀的能力包含在材料結(jié)構(gòu)中。

由于未來適用于人機交互的工程材料將需要多功能性，因此研究人員試圖將新的體現(xiàn)智能水平(不僅是拉伸)構(gòu)建到橡膠等材料中。最近，我的同事們創(chuàng)建了嵌入橡膠的自愈電路。

他們首先將包裹在電絕緣“皮膚”中的微型液態(tài)金屬小滴分散在整個硅橡膠中。在其原始狀態(tài)下，皮膚的薄金屬氧化物層可防止金屬滴導(dǎo)電。

然而，如果嵌入金屬的橡膠受到足夠的力，則液滴將破裂并聚結(jié)以形成導(dǎo)電路徑。印在該橡膠上的任何電線都會自愈。在另一項研究中，他們表明自我修復(fù)機制也可用于檢測損害。在損壞的區(qū)域中形成新的電線。如果有電信號通過，則表明已損壞。

液態(tài)金屬和橡膠的結(jié)合為材料提供了一種感知和處理其環(huán)境的新途徑-即體現(xiàn)智能的新形式。液態(tài)金屬的重新排列使材料“知道”由于電響應(yīng)而發(fā)生損壞的時間。

形狀記憶是材料體現(xiàn)智能的另一個例子。這意味著材料可以可逆地更改為規(guī)定的形式。形狀記憶材料是軟機器人中直線運動的理想選擇，可以像二頭肌一樣來回移動。但是它們還提供了獨特而復(fù)雜的形狀改變功能。

例如，最近有兩組材料科學(xué)家演示了如何將一類材料 從平坦的橡膠狀薄片可逆地轉(zhuǎn)換為面部的3D地形圖。對于傳統(tǒng)的電動機和齒輪而言，這是一項壯舉，但是對于此類材料而言，由于材料的內(nèi)在智能，它很簡單。研究人員使用了一類稱為液晶彈性體的材料，有時將它們稱為人造肌肉，因為它們可以通過施加熱，光或電等刺激而伸縮。