4月7日，华中科技大学机械学院丁汉院士、吴志刚教授科研团队在机器人领域顶级期刊《Science Robotics》发表最新研究成果“由表及里，软硬耦合的新型多功能软体机器人构造方法”。该团队开发了一种新型结构功能一体化的可编程可重构软体机器人制备工艺，实现了软体机器人多功能模块化的集成与反馈，提高了其物理智能水平。这是华中科技大学首次在《Science Robotics》发表成果，科研团队博士生张硕为论文第一作者，丁汉院士、吴志刚教授为共同通讯作者。
将结构功能有机糅合在一起高效赋予软体机器人更高的智能，一直是相关领域学者孜孜不倦的追求目标。这不仅可以让软体机器人在和人与自然环境更加自如的交互，达到主被动适应反馈刺激甚至主动规划、自我进化的作用，也为不同交叉领域的融合和交互，提供了广阔的发展基础和思路借鉴。
在生物界的活体中，细胞拥有选择透过性的细胞膜以获得生命物质交换和能量供给，植物拥有坚韧透气的表皮以实现呼吸和防护，昆虫拥有坚韧的外骨骼以防御，动物和人则拥有灵敏结构化的皮肤用以感知外界和自我反馈学习。生命体在构造层面由表及里，由外至内，实现了结构与功能互相耦合共赢的局面。然而对软体机器人而言，由于功能材料多为硬质材料，既要保证整个结构长期在不断变化大变形的环境中稳定工作，又要耦合多种智能功能，在加工上并不是一件易事。
主流的3D/4D打印，对所打印软材料的黏度和固化具有一定的要求，通过嵌入式赋予机器人本体的功能比较单一，并且设备颇高工艺较繁琐。电子皮肤技术通过在软体机器人表层集成传感器以赋予其一定的感知能力，但是在结构和功能界面处存在着一定的力学不匹配性，可能会造成失效，并且很难提高功能模块的集成度和协同性。
可编程可重构多功能软折纸机器人的构造思路
该研究成果创新性地提出了通过表面形貌预置带来二维到三维形状和功能模块的编程重构方法，结合激光选择性处理二维弹性体表面微结构的基础上，改变表面对功能性溶剂的亲和性，得以在溶剂扩散渗透下发生溶胀变形并实现功能模块的集成；可在合适的溶剂中擦除恢复已构造的功能和形状，用于结构、功能和步态的再加工与重构；展示的一系列多功能模块集成的软折纸机器人，表现出对外界不同刺激一定的被动反馈和感知能力。
该研究成果的工艺以极小的成本和代价实现结构和功能同时可编程化和可重构化，为软体机器人结构、感知和驱动一体化提供了新的加工思路，有望提升软体机器人的物理智能和机械智能水平。
该研究获得国家自然科学基金和国家重点研发计划项目支持。
论文链接：
https://robotics.sciencemag.org/content/6/53/eabd6107
来源：华中科技大学
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