50年前,首个工业机器人手臂Unimate成功完成了一次简单的早餐服务,将烤面包、咖啡和香槟送到指定位置。尽管动作看似流畅,但每个动作都经过精心设计。如今,虽然机器人技术已经取得了长足的进步,但在搬运轻小易碎物品方面仍然面临挑战。当前的机器人大多只能在结构化环境中工作,对于位置和姿态的变化难以应对。
近年来,研究人员开始关注软体机器人的发展,期望它们能够灵活地处理各种物品。其中,"折纸机器人"因其灵活性和多功能性而备受瞩目。这些机器人广泛应用于医疗、救援任务及仿生手臂等领域。
然而,折纸机器人在实际应用中仍面临一些问题,比如如何使其更加轻便且功能齐全。为了克服这些问题,新加坡国立大学的研究团队开发了一种新型金属材料,该材料结合了传统纸张和塑料的轻质和可折叠特性,同时具备更高的强度和导电性能。这种材料主要由铂等金属与燃烧后的纸灰混合而成,重量仅为传统材料的一半,但仍具备良好的柔韧性和导电性,无需额外的传感器即可实现无线通信。
该团队负责人陈波彦教授及其团队通过一种名为"石墨烯氧化模板合成"的技术,成功开发出这种金属材料。该技术利用氧化石墨烯溶液和金属离子溶液浸泡纤维素纸,随后经过高温处理,最终形成一种导电、轻质且坚固的金属材料。这种材料不仅在应变感应和无线通信方面表现出色,还能在极端条件下稳定工作,例如在高温环境下连续燃烧5分钟。
研究论文《多用途金属骨架在具有应变感应和无线通信能力的折纸机器人中的应用》已发表在《科学机器人》期刊上。论文详细描述了这种新材料的制作过程及其在机器人领域的应用潜力。研究团队表示,这种新材料不仅可以显著减轻机器人的重量,还能提高其工作效率和耐久性。
此外,这种新型材料还具有热传导性能,可通过电流加热来避免低温环境下的损伤。这些特点使得这种材料非常适合用于制造救援机器人和假肢,后者比传统假肢轻60%,并且能够实时反馈使用者的动作状态。
哈佛大学和麻省理工学院的研究人员也开发了一种折纸手爪,能够在不损坏物品的情况下抓取多种物体。这种手爪由折纸结构、密封外壳和连接器组成,利用特殊的热缩塑料实现自动折叠。尽管这种手爪在某些方面仍有改进的空间,但它展示了软体机器人在处理不同形状和重量物体方面的巨大潜力。