除了常见的家用壁虎,自然界中没有多少爬行动物、节肢动物或昆虫能表现出在光滑表面上反向爬行的独特能力。当然,蜘蛛可以爬墙。但它们不如壁虎那样在垂直表面上倒立行走。
滑铁卢大学的一组加拿大科学家注意到了这一不同寻常的特征,并制造了一种首创的软体机器人,它可以在光滑的表面上行走,可以爬上墙壁,甚至可以像壁虎一样穿过倒置的天花板,这是专门为医疗手术设计的。
但壁虎并不是激发这项发明的唯一动物。尺蠖的运动也影响了这个整体软体机器人的发展。尺蠖身体的不断挤压、拉伸和拱起,决定了机器人如何在倒置或水平的表面上移动。从这种尺蠖的运动和壁虎的粘附能力,世界上第一个整体软体机器人,GeiwBot,似乎来自名字壁虎尺蠖机器人。
尽管壁虎在倒置表面上的粘附能力令人印象深刻,而尺蠖的运动能力使软体机器人可以在不太依赖牵引力的情况下在平滑表面上滑行,但GeiwBot真正出名的地方在于它能够在没有外部电源的情况下运行。
这意味着,机器人可以在没有电池或任何电源的情况下穿越,使其重量轻,可远程操作。这使得GeiwBot成为用于医疗手术的完美机器人。而这正是滑铁卢大学的工程师们所追求并实现的目标。
“GeiwBot”的软体长4厘米,宽3毫米,厚1毫米,可以远程操作,可以用于需要切割器官的手术。像尺蠖一样,它会爬过并能够粘在人体内光滑、不均匀、甚至垂直或倒置的表面上。
这款机器人之所以不需要附加电源,可以像这样移动,是因为它借鉴了壁虎和尺蠖的特点。
GeiwBot的中间部分由聚合物条制成,对光线,特别是紫外线很敏感。当紫外线照射在GeiwBot身上时,它会像一英寸蠕虫一样挤压和拱起身体。当光从聚合物条上移走时,它会从拱形或挤压形状中松弛和膨胀。通过不断地拉伸和扩张它的身体,它可以在不需要任何动力源的情况下沿着表面移动。
为了模仿壁虎粘在垂直和倒置表面上的能力,GeiwBot配备了gecko粘合剂垫(GAP),也就是合成粘合剂垫。磁复合薄膜、蘑菇柱阵列和粘弹性薄膜组成了这个三层胶粘剂垫,使GeiwBot可以附着在玻璃、铝、聚酰亚胺等表面。
GeiwBot在感光聚合物条的两端有两个这样的胶粘垫。磁垫上使用磁场将机器人与表面连接或分离。
使用磁场,尾部的粘合剂垫从表面分离。此时,紫外线被引入聚合物条,触发一个拱起的运动,挤压机器人的身体。这使得尾部向前,并移除了紫外线源,尾部降低到表面。尾部的胶粘垫利用磁场重新附着在表面上。
以类似的方式,头部用磁场分离,紫外光触发身体膨胀,随后末端重新连接。这就是为什么在没有电线连接到电源的情况下,这个模仿壁虎尺蠖的软体机器人可以粘在人体器官的粘滑、光滑甚至倒置的表面上,使外科医生可以将其用作工具。
加拿大孙健、Lukas Bauman、Li Yu、Zhao Boxin团队的这一尝试,不仅在机器人领域引入了一种全新的整体软机器人,也为仿生学增添了新的维度。