北卡罗来纳州立大学（NC State）的研究团队再次取得软体机器人领域的重要突破，开发出一款能够在复杂动态环境中自主导航的“无脑”软体机器人。相比此前版本的新设计，机器人依靠其独特的结构和材料特性实现“物理智能”，无需计算机或人为干预，即可完成精细的转向和障碍规避。
创新设计，突破固有局限
“在早期的研究中，我们已经证明软体机器人可以通过简单的扭动方式穿越基础障碍，但其无法在未碰到障碍物的情况下主动改变方向，因此容易在平行障碍间反复卡住，”论文共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授殷捷（Jie Yin）解释道，“此次开发的新型软体机器人，通过非对称结构设计，能自行改变行进方向，即便面对曲折的迷宫或移动的障碍物，也能灵活应对。”
这种“物理智能”是指依靠机器人自身的结构设计与材料特性，而非计算机运行或人工指令来调控行为。新型软体机器人由液晶弹性体制成，当置于55摄氏度以上的热表面时，其与表面接触的部分会收缩，而暴露于空气中的部分保持不变，产生滚动运动。这种现象与表面温度呈正相关，温度越高，移动越快。
非对称结构促使“自发转向”
为了实现更灵活的导航，新型软体机器人采用了独特的不对称设计。一端形状类似扭曲的直线状带状物，另一端则类似螺旋楼梯般的紧密扭曲带状物。北卡罗来纳州立大学博士后研究员兼论文第一作者赵尧（Yao Zhao）指出，这种结构赋予机器人类似“卷杯效应”的特性——就像一个底部较窄的塑料杯在桌面滚动时会沿曲线行进一样，新型机器人借助非对称设计能够主动转向，即使遇到平行障碍物也可以“摇摆”着绕行突围。
在实验中，这种自主转向能力帮助机器人成功通过了复杂迷宫，包括带有移动墙壁的动态环境。同时，它还能穿过比自身尺寸更窄的缝隙，展现出极高的适应性与灵活性。此外，研究人员分别在金属表面和沙地中对机器人进行了测试，进一步验证了其性能的稳定性和广泛适用性。
未来应用前景广阔
“这项研究是我们迈向创新软体机器人设计的又一步。”殷捷表示，“尤其是针对能够从环境中直接获取热能的应用场景，这种机器人设计有望带来颠覆性变化。”
目前，这篇研究论文已发表在权威期刊《科学进展》（Science Advances）上。论文另一位共同通讯作者为北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授苏昊（Hao Su）。研究团队还包括该校博士后研究员李彦彬（Yanbin Li）、博士生齐方杰（Fangjie Qi）及庆海涛（Haitao Qing）等，研究得到了美国国家科学基金会（NSF）项目的支持。
通过不断优化软体机器人在不同环境中的导航性能，研究团队正致力于为未来的能源收集、灾难救援、医疗辅助等领域提供全新解决方案。这一成果再次彰显了“物理智能”设计的潜力，也为开发智能机器人拓宽了新的可能性。
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