自修复材料取得新突破 机器人可自我修复机械损伤

导读

虽然有人担心机器人有一天会站起来反抗我们，但目前还存在一个主要障碍——它们普遍有些“脆弱”。

本周的《Nature Materials》（自然材料）杂志上发表了一篇重要论文，内容关于美国卡耐基梅隆大学工程学院的研究人员设计出了一种可以自我修复的材料，这种材料可以在极端的机械损伤条件下，自发地修复自己。

这种材料可以帮助机器人在短时间内从损伤中修复，能够应用于仿生机器人、人机交互、可穿戴设备等领域。因为材料在受到拉伸时不会改变其高导电性，因此它是电力与数据传输的理想材料。

材料概述

这是一种由悬浮在柔软弹性体中的液态金属珠滴组成的软物质复合材料。当这种材料受到拉伸等损伤时，金属珠滴会产生破裂并与邻近的珠滴形成新的连接，并不间断地重布电信号。由这种材料的导电线路制成的电路板，即使在切断、刺穿或者材料移除等条件下，也能保持完全连续运行的状态。

由于损坏的电路可以即时修复，数显时钟得以继续工作

机械工程副教授Carmel Majidi表示:“柔性电子领域的其他研究已经催生出了具有弹性和变形能力的材料，但这些材料仍然不能应对机械损伤的影响，进而导致即时电气故障。而我们发明的自修复材料达到了前所未有的水平，它可以使软物质电子设备和机器展现出生物组织般的非凡韧性。”

Majidi教授是柔性材料实验室的负责人，也是软物质科学领域开发新材料的先驱之一。他还表示:“制造与人体和环境更兼容的机器将开始于新型材料。”

关于机器人的自我修复

自然界的许多生物体都具有自我修复能力，当一些动物受伤时，它们可以通过跛行、转移重心或其他方式来维持；有人扭伤了脚踝，仍然可以在受伤的情况下继续行走。如今，一些科学家也在探索著让机器人模仿和实现这种能力。

本月5月3日，据英国《每日邮报》报道，科学家们研发出了一款机器人，其配有的算法可以绘制空间地图，并创建拥有不同行走方式的数据库，即便是在它的腿损坏、折断或缺失的情况下，也能很快恢复。该机器人可以用来完成对人类来说过于危险的工作。

下图是比利时布鲁塞尔自由大学的研究人员曾开发出的一种能够在受损时自我修复的机器人。它其实是一个由聚合物制成的柔软的机械手臂。当这个机械手臂受损时，可以通过加热的方式来进行修复，加热到 80 摄氏度时，这种聚合物的受损程度将会不断减轻，直至恢复原状，一旦冷却，它将恢复到原来的形状和强度。

这个大学的研究人员还曾研制出一种模块化机器人（下图），能够调整自身形态：通过拆分与合并形成全新的独立机器人实体，根据任务或环境自主选择适当的形状和大小。它们的机器神经系统还可以在拆分合并的同时保持感觉运动控制力。这些机器人甚至能够移除或更换障碍部件，包括出现功能障碍的脑单元，实现自我修复。

美国斯坦福大学先前研发出的一种聚合物，同样具备自我修复能力，可以用作具有超强弹性的人造肌肉。这种聚合物条可以从2.5厘米拉伸至2.5米。当被刺穿时，它可以自动融合修复。

美国科罗拉多大学波尔得分校的研究人员曾研制出一种可自我修复的“电子皮肤”。 这种新型电子皮肤中嵌入了感测器，可以测量压力、温度、湿度和气流。电子皮肤内含有新型共价键动态网络聚合物，通过向它施加适度的热量和压力，它能够轻易地贴合到弯曲的表面上，例如人体手臂和机器手。

这项研究的独特之处在于使用的聚酰亚胺的化学键使得电子皮肤可以在室温下自我愈合并完全回收。相对全世界范围内每年产生几百万吨的电子垃圾，它将带来很好的经济和环境效益。