操纵水凝胶可提高现代机器人的灵活性和多功能性

一个新的 研究 发表在科学杂志《物理评论快报》上的论文揭示了一种能使水凝胶更快收缩的 "微观现象"。这一发现被称为 "连续波弹性理论"（Continuum Poroelastic Theory），可能对包括软机器人在内的许多行业产生重大影响。它可能是使这些设备更轻、更灵活的关键。以下是您需要了解的内容。

水凝胶

水凝胶是一种由紧密的聚合物链组成的柔韧、不渗水的材料。这些链可以吸收液体并有效地保留液体。在这种状态下，水凝胶主要由水组成。然后，水凝胶可以释放储存的液体，并在刺激下收缩。这种刺激可以是化学刺激，如 pH 值变化，也可以是大气刺激，如温度或气场变化。

水凝胶具有柔软、有弹性的特点，可用于发胶、牙膏、化妆品和其他含水溶液。它还常用于伤口包扎、烧伤护理等医疗保健领域。对于机器人来说，它可以作为塑料等较重替代品的可靠替代品。

水凝胶升级为不符合标准的机器人

非顺应性机器人或软体机器人由各种可弯曲材料制成，能够完成独特的任务。据研究人员称，水凝胶将来可以取代软机器人中的橡胶和液压元件。

在讨论某些应用时，与刚性机器人相比，软体机器人具有很大的优势。首先，它们可以在更大的空间内顺应分布压力，使其具有更柔软的触感。如果将这些优势与适应几乎任何环境的调整能力结合起来，软体机器人将成为特定任务的主要解决方案。

当前系统

液压和气动系统目前在机器人行业中占据主导地位。它们非常可靠，几十年来一直以多种形式存在。然而，这些系统也有很大的缺点，尤其是在讨论小型化和不兼容的机器人技术时。

例如，依靠这些系统改变形状的非兼容机器人必须集成软管、管路和泵。这些项目几乎不可能在微观层面上实现。即使按比例放大，每个泵和软管也会增加这些微型设备的重量。重量会降低机器人的电池寿命和行走能力等。因此，研究人员的水凝胶发现可以帮助机器人在优化重量和实现新应用场景的同时，实现更多功能。

他们相信，他们的突破可以将非顺应性机器人技术推向未来，在减轻重量的同时提高效率和灵活性。水凝胶可以取代橡胶有多种原因。其主要优点是重量更轻，无需液压或气动系统。因此，它们可以降低软体机器人的制造复杂度。

微观现象

研究人员描述了他们在研究水凝胶在不同条件下的膨胀和收缩时发现的一种微观现象。这就是""。连续波弹性理论"介绍了一种以水凝胶为中心的解决方案，它满足了微型机器人的所有要求。它重量轻、性能可靠、可控性强，而且比现有方案更容易制造。

水凝胶研究详情

研究人员首先制作了一层薄薄的水凝胶薄膜。这层多孔膜允许水和离子在特定条件下自由通过。观察到的第一个异常现象是，一种被称为凝胶扩散的过程会导致凝胶渗透压突然升高。当引入离子时，扩散过程会使水凝胶瞬间膨胀。

值得注意的是，在驱散液体后，水凝胶会收缩到原来的大小。离子注入水凝胶的膨胀和收缩速度是原始方法的数百倍。此外，数据还显示，扩散-蠕变膨胀法的效率要高得多。

提高敏捷性

研究人员感到非常兴奋，因为这一发现有助于使软体机器人更加灵活。例如，人们一直希望制造出具有人类双手般灵巧和敏捷的机器人手。研究小组认为，这一发现是实现这一目标的关键一步。如果成功，软体机器人将在未来几年继承更多与人类接触相关的任务。

更大的机器人

另一个重大发现是，水凝胶可用于制造更大的软机器人。目前，大多数软体机器人都局限于微观尺寸。水凝胶增加的动力和减轻的重量使这些设备可以扩展到一厘米大小。值得注意的是，微型机器人通常会成群结队地工作，以提高效率。

水凝胶软体机器人的实际应用

软体机器人在现实世界中有许多应用。如今，这些设备可以用来采摘水果、分拣仓库，未来还能执行医疗保健任务。以下是软体机器人技术持续影响的主要领域。

制造业

软机器人集成最突出的行业是制造业。在这里，你可以看到传送带上使用的类似手的装置。这些装置可以拾取易碎物品并将其放入包装中，或将其分类。未来，这些机器人将能够"感觉"它们利用先进的传感器和人工智能获取信息。

搜索和救援

软体机器人可以在帮助寻找自然灾害幸存者方面发挥重要作用。在重大灾害发生后，碎片阻碍了救援工作并导致更多伤亡的情况屡见不鲜。不符合要求的机器人可以在灾区蜿蜒穿行，并利用先进的传感器更快地找到幸存者。这些机器人可以帮助幸存者进行交流，甚至在需要时运送救生物资。

探索

不合规的机器人也能提高探索效率。机器人是深空和海洋探索的未来。与人类乘客相比，它们能走得更深、更远，并能提供更有价值的数据。特别是软体机器人，它们可以进入海洋深处等前所未见的地方，因为它们可以适应压力，使它们能够进一步开展新科学领域的研究工作。

医疗保健

软体机器人在医疗保健领域有许多应用。这些设备可以帮助输送药物、抗击疾病、净化水等等。生物机器人领域不断创造出以活体组织为核心部件的创新型混合机器。有朝一日，这些设备可以通过制造佩戴者无法察觉的假肢和许多其他有益生命的升级，改善数百万人的生活。

领先的机器人公司

机器人行业是一个快速发展的市场，过去只有波士顿动力公司等少数几家主要企业占据主导地位。如今，市场上有了更多的选择，因为现在的市场包含了各种领域。以下是一些可以利用水凝胶改进其产品的机器人公司。

1. 直觉外科

直觉外科公司 (ISRG -0.14%)

直觉外科公司（Intuitive Surgical）是机器人医疗市场的先驱。这家独特的公司拥有各种产品和服务，包括手术助手、达芬奇和 Ion，使其脱颖而出。 这些高科技解决方案有助于推动微创手术。值得注意的是，最新的达芬奇升级版能让外科医生通过反馈感受切口等。

直觉外科是任何投资组合的有力补充。这家总部位于美国的公司是纳斯达克 100 指数和标准普尔 500 指数的一员。此外，他们的服务需求量很大。具体而言，该公司在全球部署了 +8600 台达芬奇系统。因此，直觉外科在机器人领域赢得了全球技术领导者的美誉。

2. UiPath

UiPath 公司 (路径 -2.82%)

UiPath 是一家机器人流程自动化 (RPA) 软件公司。该公司开发的程序可以让机器人学习重复性任务，然后从人类同行手中接过任务。该公司成立于罗马尼亚，在成长为主要市场竞争者后迁至纽约。如今，它已成为全球领先的 RPA 软件供应商。

UiPath 凭借其一致性和性能成为市场的领跑者。该公司已多次证明其服务可帮助佳能、安永、VITAL 和 TQL 等多家高级客户简化企业活动。此外，该公司还在《福布斯》杂志上发表了多篇文章。所有这些因素使 UiPath 成为一只值得关注的股票。

软体机器人的问题

软体机器人要实现大规模应用，还需要克服一些问题。首先，它们不像实体机器人那样坚固耐用或性能卓越。在讨论控制具有无限运动度的机器人时，也存在一些顾虑。这些设备的运动建模需要大量的创新和时间。像 UiPath 这样的公司未来肯定会在开发软体机器人控制系统方面发挥越来越重要的作用。

研究人员

这项研究由弗吉尼亚理工大学物理学家 C. Nadir Kaplan 和博士生 Chinmay Katke 领导的研究小组进行。值得一提的是，他们还得到了荷兰拉德布德大学的 C. Nadir Kaplan 教授和 Peter A. Korevaar 的协助。

水凝胶能让软体机器人更有用

水凝胶发现背后的团队可能刚刚解开了让软体机器人更有用的钥匙。水凝胶可以取代橡胶、液压、致动器和其他更重、更复杂的替代品。因此，这项研究可以说是未来值得关注的重大突破。

了解其他很酷的机器人项目 现在.