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工业之美 | 这种比纸和塑料还轻的新材料,可以折出机器人

该材料只有0.09 mm厚,可弯曲、折叠和拉伸,还具备导电性。

图片来源:图虫创意

记者 | 徐宁

如何平衡轻量级机器人的重量与功能?这一直是科学家们想要解决的问题。

轻量级机器人又被称为折纸机器人,这类机器人对柔韧性要求较高,通常由纸、塑料或者橡胶制成。它们常被用作仿生手臂,或用于进行灾区倒塌建筑的搜救工作。

为了让轻量级机器人能够执行特定任务,科学家们通常需要在其外部配备额外的传感器或电子元件等,但这同时增加了机器人的重量,需要配备更多更重的电池来提供动力,造成一个恶性循环。

2019年11月24日,新加坡国立大学(NUS)研究小组历时两年研发出了一款新型的金属材料,可以帮助解决这一难题。

据新加坡《海峡时报》报道,这款新型金属材料,比传统纸张和塑料更轻,是制造轻量级机器人的最新型材料。

新型金属材料。 图片来源:新加坡国立大学(NUS)

这一新材料采用“石墨烯氧化模板合成”技术制作而成。将纤维素纸浸入氧化石墨烯溶液后,再浸入金属铂离子的溶液中,之后将该材料在800 ℃的惰性气体氩中燃烧,再在500 ℃空气中燃烧,最后将材料浸入高弹性溶液中使其稳定。

最终形成的材料只有0.09 mm厚,由七成铂和三成非晶碳(即纤维纸燃烧后的灰烬)制成。它可以弯曲、折叠和拉伸,也能用其它金属,如金、银等替代铂。

该新材料的重量是纸的一半,还具备导电性,可以在不配备任何外部传感器的情况下与操作员或其它机器人进行无线通信。

NUS研究小组的项目负责人Po-yen Chen表示,用这一新型材料制成的机器人能比传统机器人的重量减少约六成。

图片来源:新加坡国立大学(NUS)

由该材料制成的机器人,还可以在更恶劣的环境中工作,因为这种新型材料具有耐火性,它能在800℃的温度下承受约5分钟。

这种新材料自身还具备加热能力。通过增加电压可使该材料升温,有助于防止机器人在寒冷环境中工作时结冰损坏。

Po-yen Chen表示,除金属铂之外,研究团队目前正在探索铜等其它金属,以保持较低的生产成本。同时,团队还专注于改进这一金属材料的生产流程,使其能进行商业化的应用。

随着现代工业的发展,机器人的种类和应用领域不断拓展。区别于传统机器人,轻量型折纸机器人不是由金属机械零件组装制成,而是由通过纸张、塑料等材料褶皱来驱动机器人,实现快速移动。

2019年3月,哈佛大学曾联合麻省理工学院(MIT)研究人员共同开发出了一款轻量型折纸机器人抓手,可以用来夹取酒杯、水果等物体。

该机器人抓手由3D打印的纸张、硅橡胶骨架、连接器等部分组成,当真空动力装置抽真空时,机械手向内凹陷,就能像爪子一样抓住物体。

该折纸机器人抓手可以适应任何抓握的形状,并可以抓起重量是自身100倍以上的物体。

折纸机器人抓手。图片来源:MIT

2017年,来自美国太空总署(NASA)的研究人员也研发出一种体积小但十分灵活的折纸滚轮机器人“河豚”(Puffer)。

据美国New Atlas网站报道,Puffer体型为智能手机般大小,整体重量只有12克。在平坦的低面上,该机器人每充一次电,可移动约625米。

Puffer。图片来源:NASA

NASA表示,在火星探索中,探测器会遇到许多洞穴和熔岩管。Puffer将在这些狭窄空间中,以简单、低成本的方式获取火星的探索信息。

为此,研究人员给Puffer配备了一个微型成像仪,可以侦察到地表上只有10微米大小的物体。

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