卡内基梅隆大学的工程师开发出一种具有类金属导电性和自我修复特性的软材料，这是第一种能够保持足够电粘附力以支持数字电子产品和电机的软材料。这一进展发表在Nature Electronics上，标志着软体机器人以及机器人、电子和医学领域的突破。
在卡内基梅隆大学，softbotics 代表了新一代的软机器和机器人，由集成了传感、驱动和智能的多功能材料制造。
研究团队介绍了这种材料，一种液态金属填充的有机凝胶复合材料，具有高导电性、低刚度、高拉伸性和自我修复特性，可用于三种应用(参见随附视频)：
抗损伤的蜗牛机器人
为玩具车供电的模块化电路
可重构生物电极测量身体不同部位的肌肉活动
“这是第一种可以保持足够高的导电性以支持数字电子和耗电设备的软材料，”主要作者、机械工程教授 Carmel Majidi 说。“我们已经证明你实际上可以用它驱动电机。”
完全不受束缚的蜗牛机器人在其柔软的外壳上使用了自我修复的导电材料，并嵌入了电池和电动机来控制运动。在演示过程中，该团队切断了导电材料并观察其速度下降了 50% 以上。由于其自我修复特性，当手动重新连接材料时，机器人恢复了电气连接并恢复了原始速度的 68%。
该材料还可以作为可重构电路的模块化构建块。在他们的演示中，一块凝胶最初将玩具车连接到电机。当团队将该凝胶分成三部分并将其中一部分连接到安装在车顶的 LED 时，他们能够使用剩余的两个部分恢复汽车与电机的连接。
“在实践中，有些情况下您希望将这些凝胶状电子设备重复使用和回收成不同的配置，我们的玩具车演示表明这是可能的，”Majidi 解释说。
最后，该团队展示了重新配置材料以从身体不同位置获取肌电图 (EMG) 读数的能力。由于其模块化设计，有机凝胶可以重新装配以测量前臂前部肌肉的手部活动，以及腿后部的活动以测量小腿的活动。这为使用柔软、可重复使用的材料的 EMG 和 EKG 等组织电子接口打开了大门。
“Softbotics 是关于将机器人技术无缝集成到日常生活中，以人类为中心，”Majidi 解释道。“我们的凝胶可以用作生物电极，直接与可以收集信息并无线传输的人体电子设备连接，而不是将患者连接到安装在推车上的生物测量硬件的生物监测电极。”
展望未来，Majidi 希望将这项关于人工神经组织的工作与他对人造肌肉的研究结合起来，以制造完全由柔软的凝胶状材料制成的机器人。
“看到软体机器人用于监测难以到达的地方会很有趣。无论是可以监测水质的蜗牛，还是可以在我们的房屋周围爬行寻找霉菌的鼻涕虫。”
该研究于 2023 年 3 月 9 日发表在 Nature Electronics 上。
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