2021年10月9日，南極熊從天津大學獲悉，天大封偉教授團隊制造一個智能的、對觸覺敏感的4D打印軟體機器人。這個基于液晶彈性體的機器人，當加熱到160℃以上后變形為管狀，可以實現無約束的自由滾動。該研究成果在《細胞》出版社旗下頂尖期刊《物質》發表。

△滾動中的4D打印機器人

“軟體機器人能夠適應復雜環境，實現與人類更安全地交互。” 封偉教授介紹，3D打印可以基于數字模型自動準確地將設計思想轉化為復雜零件，為軟體機器人制造增加“時間”維度——即4D打印。

△打印原理

將智能材料加工成具有對熱刺激響應行為的動態結構。團隊在此基礎上通過4D打印對液晶彈性體智能材料進行精確加工，直接獲得了具有感知能力和適應性的智能軟體機器人。

△機器人能夠滾動爬坡

在這項研究中，封偉教授團隊利用4D打印技術制造了一個管狀體，曲率為機器人提供了可持續的定向滾動能力。一個10厘米長的機器人在水平面上可以達到超過48厘米/分鐘的最大速度，并爬上大約20°的坡度。較長的管狀物滾動速度更快，穩定性更好，這確保了機器人對復雜地形的適應性。

該管狀自主軟體機器人通過對熱的感知，可以自主改變自身形狀進而調整運動速度和方向。自主控制滾動方向的特性使得這種軟體機器人有類似昆蟲觸角的觸覺感知能力，讓它能夠探測前方道路上的障礙物，根據障礙物的高低實現翻越或折返。

“當樣品機器人以一定角度放置在傾斜的加熱板上時，樣品依然可以向上自主滾動。” 封偉教授說，“這種自主軟體機器人的整個驅動過程是自動的，無需改變環境因素，機器人就能夠在脫離人工控制的情況下完成任務。”

鑒于材料和結構的靈活性，機器人的觸覺感應能力與昆蟲的觸角相似。此外，機器人可以承載40倍于其自身重量的負載，這增加了機器人在運輸行業的潛在可能性。

論文原文：https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.08.014