好莱坞科幻电影《终结者2》里的液态金属机器人T令人印象深刻。那机器人能够随意变形,即使被打成碎片也能自我修复。人类何时能制造出这样的机器人呢?最近IEEESPECTRUM网站报道了一项新技术,科学家们向着这个目标迈出了重要一步。
[图片来自东京大学JSK实验室,使用液态金属,可自我修复的机器人关节]
机器人越活跃,它们损坏的可能性就越大。确切地说,所有机器人都保证%会最终损坏(这是其定义的特征之一)。更有活力的机器人也会更猛烈地损坏。当它们在实验室中时,这没什么大不了的,但是对于长期的实际使用,如果我们可以依靠机器人来自我修复,那不是很好吗?
与其给机器人一把螺丝刀并期望它能替换自己的零件,不如给它一个更优雅的解决方案:它可以像动物一样自我修复。对人体而言,在很多常见损伤中,我们所要做的只是坐一会儿,我们的身体会神奇地自我修复。科学界在之前已经见过了一些使用自修复聚合物的事例,但是对于能跑动和跳跃的动态机器人,我们需要金属的强度。
在上个月举行的年IEEE/RSJ国际智能机器人和系统国际会议(IROS)上,东京大学JSK实验室的机器人专家展示了一种带有由金属制成的肌腱“保险丝”的机器人腿原型,该肌腱可以修复骨折。它通过自主地融化并重组为一个整体来做到这一点。这项工作仍在进行中,但它基本上是T-终结者的一小部分!
[图片来自东京大学JSK实验室。机器人受到损伤,自我治疗,恢复的过程]
在一项测试中,研究人员为机器人腿配备了自动修复螺栓,并将其掉落到地面上。螺栓按设计断裂,以避免损坏机器人的其他零件。这时,内部加热元件被激活,两半的螺栓液化,然后再次融合在一起,在大约半小时内修复了机器人腿。腿无法完全站立,但这就是研究人员想要在未来的原型中实现的目标。
这是一条真人大小的机械臂,其脚跟腱由一根电缆构成,该电缆将力从脚踝传递到小腿骨骼。电缆被一个包含由合金制成的螺栓模块一分为二,该螺栓将在低于系统其他任何点的应力下折断,这意味着它的作用就像机械保险丝一样,它将是第一个被折断的牺牲品,牺牲自身来保护机器人的其他关节。
[图片来自东京大学JSK实验室。自修复模块(左上方)由通过磁铁和弹簧连接的两个部分组成。每半边都有一个药筒,研究人员在其中装入低熔点合金(U-47)。当弹药筒加热时,合金熔化,将两半融合在一起。]
该合金的熔点非常低(仅为50摄氏度),如果螺栓断裂,磁铁和弹簧也将分开,但随后会弹回,重新对齐螺栓的两个断裂部分。那时,内部加热器启动,螺栓的两半液化,然后再次融化在一起,在大约半小时内治愈了肌腱。
研究人员认为这是将会在实际机器人中使用的实用系统,并且计划将其改进到在动态腿式机器人上具有现实功能的程度。
也许,T液态金属机器人的实现离现在不远了。