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这些光动力机器人可以永远跳跃
自复位软机器人可以在红外光下反复跳跃，只需简单的设计更改即可控制其移动方式和位置。北卡罗来纳州立大学开发的一种泪滴形软机器人，只要红外光照射到它身上，就可以持续跳跃，而无需在跳跃之间重置。取决于对 [...]
来源:SciTech日报自复位软机器人可以在红外光下反复跳跃，只需简单的设计更改即可控制其移动方式和位置。
北卡罗莱纳州立大学开发的一种泪滴形软体机器人，只要红外光照射到它身上，就可以持续跳跃，而无需在跳跃之间重置。根据对其几何形状的简单改变，相同的设计可以向前爬行、向前跳跃或垂直跳跃。
自复位机芯来自一种通过扭转储存弹性能量然后立即释放的机制。这项工作展示了软机器人中重复跳跃行为的一种新方法。
“这种‘环形跳跃器’的设计非常简单，”该研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系教授尹杰说道。 “我们利用扭转来存储弹性能量，然后立即释放该能量。设计的本质意味着它不需要在跳跃之间重置。它会自行重置。”
扭转动作为重复跳跃提供动力
该机器人由形成泪珠状的液晶弹性体带组成，一端连接有一根细 V 形铝管。红外光使色带表面收缩，从而使色带旋转。
一端的僵硬 V 形迫使丝带逐渐扭紧，而不是简单地滚动。能量不断积累，直到扭曲达到临界点。然后释放存储的能量，将 V 形向下压向表面并将机器人发射到空中。
一旦能量被释放，泪滴就会恢复到原来的形状并再次开始这个过程。只要红外灯保持亮起，循环就可以继续。
机器人视频。图片来源：NCSU
一个角度改变机器人的移动方式
V 形末端的微小变化决定了机器人产生什么样的运动。
“我们发现我们可以通过进行微小的设计更改来控制机器人运动的性质，”该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士后研究员 Fangjie Qi 说。 “如果泪珠一端的 V 形很宽（角度为 120 度），机器人就会向前爬行。如果将角度减小到 90 度，它会向前跳跃。如果将角度进一步减小到 50 度，机器人会垂直跳跃。换句话说，单个几何参数决定它是爬行、向前跳跃还是向上跳跃。
研究人员还发现，在圆形末端添加少量重量可以提高跳跃距离。
“我们还可以通过在泪珠的圆形末端添加少量重量来提高机器人的跳跃距离，”齐说。 “这改变了机器人的质心，并导致更强大、更稳定的向前运动——就像游泳运动员从起跑台上跳水时身体前倾一样。”
红外光强度提供了另一个级别的控制。光线必须足够强才能触发跳跃，但强度过大会导致运动不稳定。
“它必须足够强大才能引发跳跃行为，但又不能太强——因为这会导致机器人不稳定地跳跃，并且方向不可预测，”Qi 说。
软体机器人穿越困难地形
在概念验证测试中，泪滴形机器人成功地跨越斜坡和障碍物，并在包括草地、沙子、岩石和覆盖物的表面上移动。
DOI：10.1073/pnas.2607940123
这项工作是在美国国家科学基金会 2329674、2445551 和 2527304 资助下完成的。
研究人员并未建议该设计立即投入实际使用。相反，他们将自复位机制视为探索软机器人如何在更复杂的环境中移动的基础。
“这项工作还没有立即应用，但它是一项根本性的进步，值得探索其在环境导航、群体机器人和非结构化地形导航中的潜在用途，”尹说。
参考文献：“在非结构化环境中实现自主、连续跳跃的自复位软环”，作者：Fangjie Qi、Caizhi Zhou、Haitao Qing、Haoze Sun、Yaoye Hong 和 Jie Yin，2026 年 8 月 27 日，《美国国家科学院院刊》。
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