7月6日，武漢大學動力與機械學院、工業科學研究院薛龍建教授課題組對外宣布，他們研制出一種可精準控制方向和速度、綜合性能極佳的迷你軟體機器人，不僅破除了以往迷你軟體機器人只能在特定表面行走的瓶頸，拓寬了其作業溫域和地域，還能在狹窄空間進行活動，未來有望在廢墟狹縫以及生物體內完成各種復雜作業。

擺脫運動表面限制

薛龍建課題組研發的這款機器人是一款通過調節光強等因素來進行定向驅動的軟體機器人。“它可以進入到非常狹窄的地方，這也是我們研發軟體機器人的初衷。”薛龍建介紹。

目前，微型機器人的研究還不是非常成熟，常規機器人無法進入狹窄的地方。因此，薛龍建課題組決定研發軟體微型機器人以解決這一問題。

課題組研究發現，問題的癥結在于迷你軟體機器人普遍缺乏足部設計，僅能在粗糙或者具有特殊結構的表面行走，光滑或者有水表面都限制了迷你軟體機器人的行動能力。

“我們的研究靈感來源于兩種動物，即壁虎和尺蠖。”薛龍建介紹說，他們憑借在仿生材料研究領域長期經驗積累，嘗試在機器人上引入仿壁虎腳趾剛毛的足部，這種仿生足部結構讓機器人具有良好表面適應性。

“這樣迷你軟體機器人便有了自己的‘腳’，這也是我們這款機器人最重要的特點。”薛龍建強調，它的“腳”是由仿壁虎剛毛的微米三棱柱陣列組成，帶動“腳”運動的結構由交替排列的透明聚二甲基硅氧烷（PDMS）條帶和石墨烯/PDMS復合材料條帶組成。而步態則是借鑒了壁虎腳的取向黏附能力和尺蠖前后足交替運動模式。

此外，這款機器人依靠光照控制，通過調節光照的強度、時間等因素控制其運動。在光照時，前足向前移動；關閉光照時，后足向前移動，交替的開關光照驅動它不斷向前運動。

主體材料硅橡膠 適應極端溫度變化

有了“腳”的機器人，無論在粗糙還是光滑平面，都能獲得足夠的抓地力以保證正常行走。它的疏水功能，使機器人在有水表面也可以行走，而且即使水量覆蓋住足部，運動過程也不會受到阻礙。此外，機器人的仿生足部設計和仿尺蠖的運動步態，使它可以在傾斜30度的光滑表面穩定停泊而不發生滑移，并進行上下坡運動。

這款迷你軟體機器人不僅擺脫了運動表面的限制，還可以不受地域溫差的限制。“我們在研發之初就考慮到我國地域遼闊、各地區溫差較大的因素，所以它可以適應極端溫度變化，在-20——100的氣溫條件下運行。”薛龍建表示。

此前很多迷你軟體機器人所用材料是水凝膠。這種材料不耐高溫，也不耐低溫，這就導致水凝膠機器人的使用區域很有限。另外有些軟體機器人能夠適應寒冷氣候，但到了炎熱地區便不能工作，這也很大程度上限制了機器人的應用。

“為解決這一問題，我們選用了硅橡膠作為軟體機器人的主體材料。”薛龍建介紹說，“硅橡膠不僅耐高溫和低溫，還具有耐酸堿不易腐蝕等特點，用硅橡膠制作的軟體機器人不受地域限制，而且對人體無害，還能用到人體中。這是我們區別于其他機器人的優勢。”

未來應用領域 適合狹窄環境作業

“這款機器人雖然小，但在裝上‘腳’之后，不僅自由度得到提升，還能夠負載其自身50倍的重物平穩行走。”薛龍建介紹說。

良好的表面適應性和負載能力，以及遠程控制特性，使該款機器人非常適合在狹窄惡劣的環境中進行作業。比如可以在裂紋和深坑中進行地質勘探，廢墟裂縫中進行搜救和目標定位，甚至借助可穿透皮膚的紅外光源，在具有復雜表面形貌、酸堿性、溫度和濕度的生物器官內或血管中進行藥物遞送或是病灶檢查。

“具體來說，在地震、火災、事故等救援中，普通機器人無法進入到狹窄區域進行探測勘察工作，這時便可以讓迷你軟體機器人替代完成。假如無法及時救援出被困人員，為了延緩人類身體機能的損失消耗，可以讓迷你軟體機器人攜帶食物、藥品進入為被困人員提供幫助。”薛龍建表示。

此外，由于軟體機器人具有較大的自由度和變形能力，在醫療領域的應用也很值得期待。薛龍建介紹：“我們正在努力將迷你軟體機器人的尺寸進一步縮小，以應用于醫療領域。如讓迷你機器人通過定向控制到達身體中的指定位置，將藥物準確的放置于病灶點，這樣不僅可以提升治療效果還能夠緩解病人的痛苦。”

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