机器人也能“自愈”了：内布拉斯加团队创新人造肌肉，攻克软机器人学难题

软机器人学领域长期存在的一个难题——如何让机器人像生物一样具备损伤感知和自我修复能力，一直困扰着科研人员。近日，内布拉斯加大学林肯分校的工程师们交出了一份令人瞩目的答卷，他们开发出了一种具有损伤感知和自我修复功能的人造肌肉，为机器人技术的发展带来了巨大希望。

仿生之路：向生物学习自我修复
伤害感知和自我修复，无疑是生物体的重要生存技能。动物和植物在漫长的进化过程中，逐渐发展出了检测并修复自身损伤的能力，以适应复杂多变的环境。然而，对于机器人制造商来说，要赋予机器人这样的能力却是一个复杂而艰巨的挑战。为了攻克这一难题，内布拉斯加大学林肯分校的研究团队踏上了仿生之路，试图从生物的自我修复机制中汲取灵感。

创新突破：多层架构实现智能自修复
研究团队的核心成果是一种用于软机器人和可穿戴系统的自愈合人工肌肉。在最近于佐治亚州亚特兰大召开的 IEEE 机器人和自动化国际会议上，他们详细介绍了这一创新技术。该技术采用了一种多层架构，能够识别来自穿刺或极端压力的损害，精确查明损伤位置，并自动启动自我修复程序。

这种人造肌肉由三层组成。底部是损伤检测层，它就像机器人的“电子皮肤”，由液态金属微滴组成，这些微滴嵌入在硅弹性体中，形成了一个柔软且敏感的检测网络。中间层是坚硬的热塑性弹性体，它充当着自修复组件的角色。当检测到损伤时，这一层能够通过加热熔化来密封破裂部位。顶部则是驱动层，它随着水压的变化而收缩和膨胀，为机器人提供动力。

为了实现无需外部干预的自修复机制，研究团队巧妙地利用了流经“电子皮肤”的各种监控电流。当发生损伤时，电流网络会被破坏，这一变化会被系统感知到，并触发同一个网络将热量传递到受损区域，使热塑性层熔化并完成自我修复。研究人员将这一过程称为“有效的伤口自愈”。

应对反复损伤：电迁移效应实现网络重置
如果同一区域再次受到损伤，该怎么办呢？研究团队早已考虑到了这种情况，并设计了一个独特的步骤来重置皮肤层的电网络。他们利用了电迁移的效应，即电流导致金属原子迁移的过程，实现了电网络的重置。这一创新至关重要，因为如果没有这个系统，自我修复系统将只能完成一个循环的损坏和修复，无法应对反复出现的损伤。

广泛应用：从农业到可穿戴设备
考虑到研究团队位于内布拉斯加州，他们首先想到了这项技术在农业机器人上的应用。在农业生产中，机器人常常会遇到树枝、荆棘等障碍物，导致身体受损。而这种具有损伤感知和自我修复能力的人造肌肉，能够让农业机器人在受损后迅速恢复功能，继续完成工作任务，大大提高了农业生产的效率。

除了农业领域，该团队还看到了这项技术在可穿戴健康监测设备和更广泛的消费电子应用中的巨大潜力。在可穿戴设备中，人造肌肉可以实时监测设备的状态，并在出现损伤时自动修复，延长设备的使用寿命。在消费电子产品中，这种技术可以提高产品的可靠性和耐用性，为用户带来更好的使用体验。