在設障的迷宮中，它可以自主穿行;在松軟的沙丘上，它照樣行動自如……
它的外形像一根螺旋狀的意大利面(Rotini，螺絲粉)，但其實是一款新型智能軟體機器人，由美國北卡羅來納州立大學和賓夕法尼亞大學的研究團隊共同研制。相關成果5月23日發表于美國《國家科學院院刊》。
“這根‘螺絲粉’由液晶彈性體材料制成，該材料在55攝氏度的熱表面上會發生形變運動。”論文通訊作者、北卡羅來納州立大學機械航空系副教授尹杰向《中國科學報》介紹，“因為它可以感知軀體位置并靈活移動，所以我們稱其為軟體機器人。”
會轉彎、會彈跳
這款螺絲粉狀的軟體機器人不僅會轉彎，還會彈跳，由此成功完成“密室逃脫”。
論文第一作者趙耀在尹杰課題組從事博士后工作。他解釋道：“我們這款軟體機器人是利用自我轉向與自我突跳這兩種方式逃離迷宮的。”
當這根“螺絲粉”的一端碰到障礙時，它會圍繞障礙物轉變方向，從而實現自發越障;當中間部位遇到障礙物時，它會發生形狀的突跳，從原來的向前彎曲(凸形)快速轉變成向后彎曲(凹形)，從而調轉滾動方向實現自發避障。
自我突跳往往發生在自我轉向出現困難時，趙耀稱這是把積攢的變形能量迅速釋放的過程。在這個過程中，這根“螺絲粉”會稍微跳離地面，并在落地前將自己重新定向。它還會多次嘗試突跳，調整滾動位置與方向，最終自發找到逃離障礙的路徑。
“遭遇障礙物時，轉向和突跳這兩種行為在軟體機器人身上對應著一個漸變的區域。”趙耀說，“當接觸點落到身體的中部區域時，軟體機器人會發生突跳;當接觸點稍微遠離中部區域時，突跳難度增加;當接觸點更加遠離中部直到在兩端1/5身長之內時，突跳會消失，取而代之的是自我轉向。”
沒有芯片程序控制
此前研究發現，圓柱狀液晶彈性體制成的軟體機器人，在一定溫度下可以自發滾動，但在障礙物前會出現原地空轉的現象。
“我們這款螺絲粉狀的軟體機器人在遭遇障礙物時的表現卻大相徑庭。”尹杰說，“不同于前人的研究，給軟體機器人注入自我決策能力可以使其自主越過障礙物，逃離預設的迷宮。”
為什么之前的研究沒能讓軟體機器人成功越障呢?
趙耀告訴《中國科學報》：“材料還是原來的材料，但我們改變了材料的形狀。在嘗試對其拉一拉、彎一彎、扭一扭后，我發現拉伸和彎曲并沒有帶來明顯變化，適當扭曲之后則出現了很大的變化。”
將扭曲后呈螺絲狀的軟體機器人放置到超過55攝氏度的熱表面上后，趙耀觀察到其底部與熱表面接觸的部分開始收縮，但其他暴露在室溫環境中的部位并不收縮。在這種不對稱的變形作用下，軟體機器人向前輕微地彎曲，從而驅動其自發向前滾動。
在尹杰看來，他們研制的軟體機器人有點類似家庭掃地機器人，因為它可以移動一些重量不超過自重的物體。他還指出：“不同于基于大腦運算的生物智能，這是基于物理智能的軟體機器人，沒有芯片程序控制，而是利用來自環境的熱量實現感知和運動。”
有望在太空行走
在實驗中，這根“螺絲粉”可以從室外自然環境中吸收能量實現自發滾動，比如在車頂或燒烤架上自行爬行等。
“熱表面溫度越高，滾動速度就越快。”趙耀介紹，“我們研制的軟體機器人自主運動的溫度區間是55~200攝氏度。”
研究人員曾嘗試將軟體機器人放在烈日暴曬的地面上，但因為溫度不夠高，無法實現自主運動。哪里的地表溫度可以達到55攝氏度以上?他們想到了沙漠。
一般機器人在沙漠行走比較困難，但趙耀發現，這款軟體機器人可以在各種類似沙漠環境的松散沙地上行走，如履平地。這得益于其鋸齒狀的輪廓外形，可以通過嵌入沙地增加爬行抓力，從而在攀爬沙丘時有效避免打滑或深陷。不僅是沙地，它還成功穿過了凹凸不平的細石子路。
尹杰希望未來可以設計一款智能軟體機器人，通過吸收環境中的熱量作為能量源，從而自主穿越沙漠等復雜的環境，以采集地表信息，并應用于惡劣環境監測與救援等。
他還大開腦洞地展望：“如果液晶彈性體材料能適應更低的溫度，并能集成微型傳感器，我們有望制成能在太空行走的軟體機器人。”(記者 沈春蕾)
