北卡团队研发“无限跳跃”软体机器人 只要有光照就能持续运动

美国北卡罗来纳州立大学研究团队近日开发出一种新型软体机器人。

这种机器人在红外光照射下能够持续不断地跳跃，而且无需人工干预或重新调整姿态。研究人员表示，该成果展示了一种全新的软体机器人自主运动机制，为未来自驱动机器人设计提供了新的思路。

这种机器人整体呈水滴状，被研究团队命名为“环形跳跃者”。与许多需要电池、电机或复杂控制系统的机器人不同，它仅依靠外部红外光提供能量。一旦受到照射，机器人便能持续执行循环动作，并在前进、跳跃甚至垂直腾空等不同运动模式之间切换。

研究人员介绍，该机器人的核心原理在于利用扭转形变储存弹性势能，并在达到临界点时瞬间释放。由于结构本身具备自动恢复能力，因此每次跳跃结束后无需重新复位，而是能够自行回到初始状态并开始下一轮动作。只要红外光持续存在，整个过程就可以不断重复。

从结构上看，机器人主要由一种液晶弹性体材料制成的水滴形环带组成，在一端连接有一个细长的V形铝制结构。当红外光照射到材料表面时，液晶弹性体发生收缩，从而带动整个结构旋转。如果没有额外设计，这种结构通常只会原地滚动。

然而安装在末端的V形铝件阻止了这一过程，使环带不断积累扭转变形。随着扭转载荷持续增加，储存在材料中的弹性势能越来越大。当达到某个临界点后，能量会突然释放，V形结构快速向下弹射并撞击地面，从而将整个机器人弹向空中。

完成一次跳跃后，机器人会恢复到原始形态，随后再次开始储能和释放循环，从而形成连续不断的自主跳跃行为。研究团队发现，仅仅改变V形结构的夹角，就能显著改变机器人的运动方式。当夹角约为120度时，机器人主要以爬行方式缓慢向前移动；当夹角缩小至90度时，机器人会向前跳跃；而当夹角进一步减小到50度左右时，机器人则能够几乎垂直地跃向空中。

研究人员表示，这意味着仅通过调整一个简单的几何参数，就能让同一种机器人在不同运动模式之间切换，而无需改动驱动原理或增加额外控制系统。除了调整夹角外，团队还发现机器人重心位置同样会影响运动表现。实验表明，在水滴形结构较圆的一端增加少量配重后，机器人能够获得更长的跳跃距离和更稳定的前进轨迹。

研究人员将这一现象比作游泳运动员出发时前倾身体，以获得更强的推进效果。实验过程中，研究团队还观察到红外光强度对于运动表现至关重要。如果光照强度不足，机器人无法积累足够能量完成跳跃；但如果光照过强，则可能导致跳跃过程变得不稳定，甚至出现方向难以预测的情况。

因此，适当控制光照强度是实现稳定连续运动的重要条件。研究人员认为，这种能够自我复位、持续运动且结构简单的软体机器人未来有望应用于复杂环境探索、狭小空间巡检以及新型自驱动软体机器人研究等领域。由于其无需复杂电子控制系统，仅依靠材料特性和外部光源即可完成自主运动，也为未来低成本、轻量化机器人设计提供了新的发展方向。