傳統機器人往往采用電機驅動控制，他們精確有力但卻也蘊含危險，動作僵硬。近年機器人的研究熱點之一便是科學家們拋棄了傳統的電機制造的機器人，開始嘗試開發智能材料，來模仿生物肌肉收縮。

多倫多大學 “材料科學工程部” 的Hani Naguib教授及其小組提出了一種新型的智能材料并制造了一只軟體機器人“尺蠖”。這個機器人的外表平平無奇，看起來如同一片黑色的膠帶，有著四只銅腳。但你可不能小瞧它，借助神奇的“智能材料”技術，間斷性的通電就可以實現尺蠖的爬行運動!

軟體機器“尺蠖”和真實的尺蠖對比

Naguib教授團隊發現了一種新穎的方法來對智能材料進行編程，Naguib他的團隊將這項技術應用于機器人領域，創造了可以卷曲的“軟體”驅動器，該驅動器在12V的電壓下可實現540度三維彎曲，并制造了一個軟體機器人來模擬尺蠖蠕蟲爬行的動作。Naguib教授認為該智能材料還可能被應用于航空，手術以及可穿戴智能設備中。

Hani Naguib團隊的研究重點之一是電熱執行器(electrothermal actuator，簡稱ETA)，也就是尺蠖機器人身體的黑色部分。這是一種由特殊聚合物制成的材料，在制作過程中，對其材料進行特殊的“編程”，從而使它對外界電或熱的變化做出物理響應。例如，可以對ETA進行編程以模仿肌肉反射，在低溫時收縮，在高溫時會舒張，從而通過控制外界溫度變化，就可以實現對于材料的“控制”。

小知識：智能材料多指對于外界給與的刺激可以做出反應(例如收縮，彎曲)的材料，刺激包括光，力，電場，磁場，溫度等。常見的智能材料有形狀記憶合金，形狀記憶高聚物，壓電材料，介電彈性體等。

研究成果由HaniNaguib教授及其團隊于2019年8月份發表在nature旗下開源綜合性期刊“科學報告”(scientific report)上。

蠕蟲“爬行”視頻

視頻中運動分解圖

原理：尺蠖的四只腳是導電的銅片，通電后可以加熱機器人本體。本體基于形狀記憶原理在常溫下保持彎曲的樣子。每每通過路徑給它通12V的電壓20s，機器人受熱會從彎曲狀態伸展。20s后停止通電，一段時間后隨著熱量的消散，它會再次回到最初記憶的彎曲形狀。尺蠖的尾巴是硬質的材料，產生阻力從而推動機器人向前，以此反復執行來實現爬行的運動。

外媒近日也對該研究以及研究團隊進行了如題報道： “像蠕蟲一樣運動的軟體機器人” (Soft robot programmed to move like aninchworm)。小編希望通過整理該報道和論文原文內容，讓大家可以大致窺探到這只軟體“蠕蟲”的奧秘。

文章第一作者博士生Sun解釋說：“現有研究基本上是對一塊平坦的ETA材料進行編程，因此制作的驅動器的響應只是二維的彎曲運動?！毕啾戎?，他們創造的ETA驅動器有3維的狀態。他們使用了一種熱致應力松弛和固化方法，為復雜的形狀和運動提供了更多可能性。Sun還表示：“我們制作的ETA驅動器相對來說驅動效率也是很大的，要比迄今為止研究文獻中所存在的任何驅動器效率更高?！?/p>

驅動器的顯微鏡圖

如上圖，該研究中提出的新型的ETA是將PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基矽氧烷)層和SWCNT(single-wall carbon nanotubes，單層碳納米管)層通過特殊的制造方法融合。

可編程的ETA具體展示

ETA由PDMS和SWCNT層混合制造，當我們把左圖中兩種材料混合制造的ETA扭曲720度并且通電(7V)加熱一段時間后，撤掉電源冷卻以后改材料仍然保持原狀(圖4右圖)，這種變形是研究者指出的三維的形狀記憶效果。

純PDMS的薄片

對PDMS進行如之前ETA上上圖的操作，冷卻后沒有辦法維持720度的扭轉(如上右圖)，無法保持形狀記憶。

ETA驅動器彎曲的視頻

彎曲驅動器的視頻截圖

圖中展示了ETA驅動器在通電加熱的情況下，隨著時間的變換，驅動器彎曲的變化。