天津大学封伟教授课题组《Matter》：4D打印仿生触觉应变自主软体机器人

前言

近日，天津大学封伟教授团队报道了一种具备自主行动能力和触觉应变的4D打印软体机器人。

近日，天津大学封伟教授团队报道了一种具备自主行动能力和触觉应变的4D打印软体机器人。

该机器人在一次打印成型后即具有热致无约束滚动能力，无需任何其他后续加工程序。机器人的滚动稳定有力，而速度和方向可通过改变形状和尺寸进行调整。当放置于160℃的热台上时，打印的矩形样品变形为螺旋管状，并在加热板上自动开始滚动。调整样品的大小可以改变机器人的滚动速度。

而滚动的方向由螺旋管的曲率方向控制，可以轻松改变。这种管状机器人的整个驱动过程是自动的，无需改变环境因素。

相比之下，由于缺乏自主性，大多数报道的软体机器人无法脱离主动控制。因此，这种机器人的一个重要特征就是自主驱动，使机器人能够在脱离人工控制的情况下完成任务。较长样品的滚动速度比较短样本快。

由于样品显示出一定的黏弹特性和相当大的滚动驱动力，当样品以一定角度放置在倾斜的加热板上时，样品依然可以向上滚动。

智能仿生触觉感知过程演示

机器感知是人工智能领域的一个重要方向。具有视觉、听觉、触觉和其他感知能力的机器人可以模拟和模仿人类行为。通常要实现人工智能，即使是最简单的感知能力，也需要向机器人中集成各种复杂的元器件和传感器。

目前的软体机器人，特别是由单种材料组成的软体机器人，走向人工智能的道路依旧漫长而艰难。对于本研究中的软体机器人而言，由于螺旋圆筒的曲率方向控制滚动方向的特性使得这种软体机器人有类似昆虫触角的触觉感知能力，其能够探测前方道路上的障碍物，根据障碍物的高低实现翻越或折返，从行为学上体现了一定的智能性。

而螺旋管的空心圆筒为货物装载提供了空间，其中装载货物的最大容量可达机器人重量的40倍。因此，该机器人可用于极端高温条件下的货物运输和智能探测。

该成果在Cell出版社旗下顶尖期刊Matter发表，题目为“4D Printed untethered self-propelling soft robot with tactile perception: rolling, racing, and exploring”。文章第一作者为天津大学材料学院博士研究生翟飞，封伟教授为本文通讯作者。

近年来，封伟教授团队在智能材料领域开展了一系列创新性研究工作，硕果累累。

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