大家可能吃過一種像螺絲的義大利麵，口感Q彈，味道不錯。
但如果有人跟你說吃的不是面，而是軟體機器人！你肯定會說這人腦子進水了。
但是，在看完下面這段視頻後。
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恭喜你！你的腦子也可能已經進水，因為你以後可能再也無法直視這根面了！
沒錯！它確實是個軟體機器人，而且還是個自主智能機器人，可以在沒有任何外在人為與程序控制下，自主找到迷宮出口並逃離。
它長的像意大利螺絲面，隻不過不是用麵粉而是用一種受熱收縮的軟材料，液晶彈性體做成。
這根液晶螺絲面就是今天的主角，來自北卡州立大學尹傑與賓夕法尼亞大學楊澍團隊研究者們的最新發明。
它是個像掃地機器人一樣，可自主移動，智能避開墻或障礙物，還會翻沙越『嶺』，遊走迷宮的機器人。
但它既不需要電源或充電，也不需要馬達、傳感器、和程序計算來控制它的運動。
這項研究於近日在線發表於美國國家科學院院刊PNAS。
熱能捕獲自發滾動
當把這根半透明的面放在加熱到至少55攝氏度的平底鍋裡時，有趣的事情就發生了。
它開始微微彎成一個弧形，並自發向前滾動，且滾動方向始終背對著開口方向。
這是因為與平底鍋接觸的部位遇熱開始收縮，但其它部位幾乎不變形，這樣就產生了一個擠壓力與另一個扭轉力。
前者導致這根面彎曲成弧形，後者驅動它轉動，從而向前滾動。
隨著滾動，原先熱的底部在滾上去以後，遇空氣變冷，原先涼的頂部滾下來，遇到平底鍋變熱，這個過程不斷交替，就可以產生一個源源不斷的動力，來維持持續滾動。
所以，在溫度低於55攝氏度，不動的時候，它就是一根平平常常的螺絲面，但一旦高於這個啟動溫度，它就變身成了一個自發移動的軟體機器人。
但溫度又不能過高，若高於200攝氏度，螺絲面就會變成一根普通的、扁平的掛面或螺螄粉，也就沒法再滾動起來了。
自然界中有很多場景的表面溫度會高於55攝氏度，比如滾燙的沙漠表面、暴曬在陽光下的黑的瀝青馬路和車頂，以及燒烤架上等。
這些吸收太陽光的熱表面，無形中也給軟機器人提供了動力以及能量源泉。
比如把這根液晶螺絲面放在夏天的轎車車頂以及燃燒的燒烤架上，立即變身成了遊走的移動軟機器人。
車頂以及燒烤架滾動
軟機器人與人和障礙物的互動
有趣的是，這個軟機器人還可以和人互動。
當用鑷子撥弄它柔軟身體時，使其向另一側彎曲，它會跟著變換前進方向，反向行走。
也可以用鑷子來回撥弄機器人，這樣它也會不厭其煩地隨之來回滾動，這是因為如前所述，它的運動需要始終背對著弧形開口方向。
除了可以和人互動外，它還可以和障礙物進行互動，可以非常聰明地利用這種互動來越過或避開障礙物。
比如，把鑷子當做一個障礙物，放在軟機器人的兩端時，由於滾動受阻，滾動自發地變成繞鑷子的轉動，這樣就可以改變運動的方向，當移開鑷子，可以繼續向前滾動。
與人互動
但是，如果把鑷子或是一個小玻璃瓶作為障礙物不是放在兩端，而是放在軟機器人的正中間時，就到了『見證奇跡』的時刻了。
軟機器人會與障礙物來回『耳鬢廝磨』一段時間，大概7-8秒鐘，調整自己身體形狀，逐漸變成一個S形身材。
由於運動受阻，體內溫度升高，會反向扭轉解掉身上的螺旋，就像擰緊彈簧繩一樣，增加存儲的能量。
當能量積蓄到一個無法忍受的高度，軟機器人會『聰明』地而且是自發地選擇在0.1秒內『換裝』，從S形變成一個深度C形，來迅速釋放能量。
換裝後，開口方向已經反向，變成了向著障礙物的方向，所以它會遠離障礙物繼續前進，這樣就可以智慧地避開這個障礙物。
這個過程的學名叫『突跳《snapping》』，大自然的捕蠅草就是用的這個原理來快速閉合它的葉片將蒼蠅抓住，但在這裡，突跳用來給軟機器人智能反向了。
突跳
有意思的是，當兩個軟機器人彼此走向對方時，這種突跳也會發生。
當雙方經過『長』時間《大約25秒》的相遇、接觸與『交流』之後，會在1秒內發生突跳，迅速『配對』並『攜手』同行。
在這裡，突跳變成了『心跳』。
相遇
正是基於這兩種與障礙物自發互動的行為，使得軟機器人具有了內在的『超能力』，可以更好地處理復雜的環境，比如隨意放在留有一個出口的迷宮狀的密閉空間裡，它可以通過反復不斷的碰壁以及與障礙物的互動，來調整方向，最終自主找到出口，完成密室逃脫。
遊走在沙漠地形
除了密室逃脫，『螺絲面』軟機器人還有一些獨特的優勢，比如可以更好地適應易打滑易深陷的沙漠地形。
因為和米線的光滑外表相比，螺絲面外表酷似一把把利刃，這些利刃就像坦克的履帶一樣，可以幫助它更好地紮進沙裡增加抓地性，防止打滑。
同時由於軟機器人質量很輕，僅360毫克，不會輕易陷入沙地。
沙地
展望
將智慧材料與幾何形狀以及結構相結合，可以產生很多很奇妙的碰撞以及意想不到的現象和超凡功能。
無需電池、驅動器以及控制器，通過充分利用大自然的饋贈，這種自發智能機器人可望在嚴酷沙漠環境監測甚至月球表面開放式探索找到潛在應用。
團隊介紹：
尹傑團隊目前致力於剪紙機械超材料、軟體機器人、以及多功能形變材料的研究。
近期成果包括活性剪紙 (Adv. Mater.，2017;PNAS，2019》與無損傷剪紙機械手《Nat.Commun.2022》、三維立體模塊剪紙《Adv. Funct. Mater.，2021; Mater.Today Phys.，2021》、以及水陸兩棲攀爬軟機器人(Soft Robot.，2018)與高速奔跑軟機器人(Sci. Adv.，2020)等。
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文章信息：
Y.Zhao，Y. Chi，Y. Hong，Y. Li，S. Yang，J. Yin，『Twisting for soft intelligentautonomous robot in unstructured environments』，PNAS，119，e2200265119 (2022)
https://doi.org/10.1073/pnas.2200265119
來源：高分子科學前沿
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