如果機(jī)器人要冒險(xiǎn)進(jìn)入人類無法到達(dá)的偏遠(yuǎn)環(huán)境，例如深海水下環(huán)境或遙遠(yuǎn)的外太空，它們將不僅需要?jiǎng)恿偷竭_(dá)那里的方式，它們還需要能夠照顧好自己。
為此，康奈爾工程學(xué)院機(jī)械和航空航天工程副教授Rob Shepherd領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)將光學(xué)傳感器與一種復(fù)合材料結(jié)合在一起，創(chuàng)造出了一種軟體機(jī)器人，它可以隨時(shí)隨地檢測(cè)損傷--然后在現(xiàn)場(chǎng)自我修復(fù)。
他們的論文《用于損傷智能軟體系統(tǒng)的自主自愈光學(xué)傳感器》12月7日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。主要作者是博士生Hedan Bai。
Shepherd介紹到："我們的實(shí)驗(yàn)室一直在努力使機(jī)器人使用壽命更長(zhǎng)、更敏捷，這樣它們就能夠以更大的能力運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。問題是，如果你讓機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作，它們就會(huì)積累損傷。因此，我們?nèi)绾文茏屗鼈冃迯?fù)或處理這種損害呢？"
進(jìn)行這種修復(fù)的第一步是，機(jī)器人必須能夠識(shí)別有哪一些東西需要被修復(fù)。
多年來，Shepherd團(tuán)隊(duì)的有機(jī)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室一直使用彈性光纖傳感器，從皮膚到可穿戴技術(shù)。 這樣可以使軟體機(jī)器人和相關(guān)組件能夠盡可能地靈活和實(shí)用。
在光纖傳感器中，來自LED的光通過光波導(dǎo)傳輸，當(dāng)材料發(fā)生變形時(shí)，光電二極管可以檢測(cè)到光束強(qiáng)度的變化。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是，如果波導(dǎo)被刺穿或切割，它仍然能夠傳播光線。
研究人員將傳感器與聚氨酯脲彈性體相結(jié)合，該彈性體結(jié)合了氫鍵以實(shí)現(xiàn)快速愈合，并通過二硫化物交換來增加強(qiáng)度。
其成果是用于動(dòng)態(tài)感應(yīng)的自愈型光導(dǎo)器SHeaLDS提供了可靠的動(dòng)態(tài)感應(yīng)，能抗損傷，并能在室溫下從切口處自我愈合，無需任何外部干預(yù)。
為了展示這項(xiàng)技術(shù)，研究人員將SHeaLDS安裝在一個(gè)類似于四條腿的海星的軟體機(jī)器人中，并配備了反饋控制。在研究人員總共六次刺穿它的一條腿后，該機(jī)器人能夠在大約一分鐘內(nèi)檢測(cè)到損傷并自我修復(fù)每個(gè)傷口。該機(jī)器人還可以根據(jù)其感知到的損傷自主地調(diào)整其步態(tài)。
雖然這種材料很結(jié)實(shí)，但它并不是堅(jiān)不可摧的。
Shepherd教授介紹稱："它們有類似于人體的特性。你不能很好地從燒傷，或從有酸腐蝕或燙傷中愈合，因?yàn)槟菚?huì)改變化學(xué)特性。但是我們可以很好地治愈割傷。"
Shepherd 教授計(jì)劃將SHeaLDS與識(shí)別觸覺事件的機(jī)器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，最終創(chuàng)造出 "一個(gè)壽命很長(zhǎng)的機(jī)器人，它不僅有一個(gè)能自我愈合的皮膚，而且使用同樣的皮膚來感知它周圍的環(huán)境，以便能夠完成更多的任務(wù)。"
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