该研究的作者相信,他们对“活性物质”的突破性建模可能标志着机器人设计的转折点。随着这一概念的进一步发展,有可能不通过软体的自然弹性,而是通过人类在其表面控制的活动来确定软体的形状、运动和行为。
普通软质材料的表面总是会收缩成球体。想想水珠变成水滴的方式:水滴的出现是因为液体和其他软材料的表面自然收缩成其最小的表面积,即球体。但活性材料可以通过设计来扭转这一趋势。一个例子是一个橡胶球,周围有一层纳米机器人,这些纳米机器人被编程为协同工作,然后将球扭转成新的预定形状(如星星)。
人们希望活性材料能够带来新一代自下而上运行的机器。因此,这些新机器将由许多独立的活动单元组成,这些单元合作确定机器的运动和功能,而不是由中央控制器控制。这类似于我们自己的生物组织的工作方式,例如心肌纤维。
通过利用这个想法,科学家可以设计出软机器,其手臂由柔性材料制成,并由嵌入其表面的机器人提供动力。他们还可以通过用响应性活性材料涂覆纳米颗粒的表面来定制药物输送胶囊的尺寸和形状。这反过来又会对药物与体内细胞的相互作用产生巨大影响。
该研究的第一作者Jack Binysh 博士说:“活性物质让我们能够以新的眼光看待熟悉的自然规则——表面张力等规则必须是积极的。看看如果我们打破这些规则会发生什么,以及我们如何做。”这些结果可以被利用,是一个令人兴奋的研究领域。”
该研究论文的通讯作者安东·苏斯洛夫(Anton Souslov)博士补充道:“这项研究是一个重要的概念证明,具有许多有用的意义。例如,未来的技术可以生产出更小、能力更强的软机器人。可以很好地操纵易碎材料。”
在这项研究中,研究人员开发了理论和模拟来描述三维软体,其表面已知会承受主动应力。他们发现,除了导致整体形状发生变化之外,这些反应应力还扩大了材料的表面,并将下面的固体拉在一起。研究人员发现,可以通过改变材料的弹性特性来定制固体的精确形状。
接下来,研究人员将应用这一一般原理来设计特定的机器人,例如软臂或自游泳材料,他们已经开始这样做了。此外,他们还将开始研究集体行为——当你有许多反应性固体并将它们挤压在一起时会发生什么。