近日，物理學家發現了一種給軟體機器人塗上材料的新方法。這種方法使它們能以一種更有目的的方式移動和運作。這項研究由巴斯大學領導，在2022年3月11日發表在《Science Advances》上。
該研究的作者們認為，他們對“活性物質”的突破性建模可能標誌着機器人設計的一個轉折點。隨着這一概念的進一步發展，有可能不是通過軟體的自然彈性而是通過人類在其表面控制的活動來確定其形狀、運動和行為。
普通軟質材料的表面總是會收縮成一個球體。想想水珠變成水滴的方式：水珠的發生是因為液體和其他軟性材料的表面自然收縮成最小的表面積–即球體。但活性物質可以被設計成跟這種趨勢相反。這方面的一個例子是，一個橡膠球被一層納米機器人包裹着，這些機器人被編程為統一工作，然後將球扭曲成一個新的、預先確定的形狀（如一個星星）。
人們希望，活性物質將導致新一代的機器，其功能將自下而上。因此，這些新機器將由許多單獨的活性單元組成，它們合作決定機器的運動和功能，而不是由中央控制器控制。這類似於我們自己的生物組織的工作原理，比如心肌中的纖維。
通過利用這一想法，科學家們可以設計出軟體機器，其手臂由柔性材料製成，並由嵌入其表面的機器人提供動力。他們還可以通過在納米顆粒的表面塗上反應靈敏的活性材料來定製藥物輸送膠囊的大小和形狀。這反過來可以對藥物跟體內細胞的相互作用產生巨大的影響。
研究第一作者Jack Binysh博士說道：“活性物質使我們以一種新的眼光看待熟悉的自然規則–像表面張力必須是正值這樣的規則。看看如果我們打破這些規則會發生什麼以及我們如何能夠利用這些結果，這是一個令人興奮的研究場所。”
研究論文通訊作者Anton Souslov博士補充稱：“這項研究是一個重要的概念證明，具有許多有用的意義。如未來的技術可以生產出柔軟的機器人，這些機器人的體積要小得多，而且能更好地拿起和操縱脆弱的材料。”
在這項研究中，研究人員開發了理論和模擬以描述一個三維軟體，據悉，這個軟體表面經歷了主動應力。結果他們發現，這些活性應力擴大了材料的表面並把下面的固體也拉了過來，另外還引起了整體形狀的變化。研究人員發現，固體所採用的精確形狀可以通過改變材料的彈性特性來定製。
接下來，研究人員將應用這一一般原理來設計特定的機器人如軟臂或自游泳的材料，實際上他們已經開始這麼做了。此外，他們還將開始研究集體行為–如當你擁有許多活性固體並讓它們擠在一起時會發生什麼。