摘要：学生们最近推出了对机器人执行器的发明 - 将能量转化为机器人的身体运动的“肌肉” - 具有检测穿刺或压力，治愈伤害并修复其损害的“皮肤”的能力。...

内布拉斯加州林肯大学的工程团队是开发软机器人和可穿戴系统的又一步一步，这些系统模仿了人类和植物皮肤检测和自我愈合伤害的能力。

工程师埃里克·马克维卡（Eric Markvicka）与研究生埃桑·克林斯（Ethan Krings）和帕特里克·麦克马尼加尔（Patrick McManigal）最近在佐治亚州亚特兰大的IEEE国际机器人和自动化国际会议上发表了一篇论文，该论文介绍了一种软机器人技术的系统级别方法，该方法可以通过刺激或极端的压力来识别其位置，并自动启动自动启动自动启动。

该论文是被选为ICRA 2025最佳纸张奖决赛入围者的1,606份意见书中的39篇。这也是最佳学生纸奖和机制和设计类别的决赛入围者。

该团队的策略可能有助于克服长期存在的问题，以开发以自然风格的设计原则进口的软机器人系统。

Markvicka，Robert F.和Myrna L. Krohn生物医学工程助理教授说：“在我们的社区中，使用软材料复制传统的刚性系统，并朝着仿生材料进行巨大运动。” “尽管我们已经能够创建柔软和保形的可拉伸电子设备和执行器，但它们通常不会模仿对损害的反应能力，然后启动自我修复的能力。”

为了填补这一空白，他的团队开发了一种聪明，自我修复的人造肌肉，具有多层建筑，使系统能够识别和定位损害，然后启动自我修复机制，而无需外部干预。

马克维卡说：“人体和动物很棒。我们可以被割伤和瘀伤，并受到相当严重的伤害。而且，在大多数情况下，由于绷带和药物的外部应用非常有限，我们能够自我修理。” “如果我们可以在合成系统中复制这一点，那将真正改变领域以及我们如何看待电子和机器。”

该团队的“肌肉”（或执行器，是将能量转换为物理运动的机器人的一部分）具有三层。底部的损伤检测层是一种软电子皮肤，该皮肤由嵌入硅胶弹性体中的液体金属微螺皮组成。将皮肤粘附在中间层，即自修复成分，这是一种僵硬的热塑性弹性体。最重要的是驱动层，它在加压水加压时开始启动肌肉的运动。

为了开始该过程，团队诱导肌肉底部“皮肤”的五个监测电流，该电流连接到微控制器和传感电路。对该层的穿刺或压力损害会触发轨迹之间的电网络的形成。该系统将这种电气足迹识别为损坏的证据，并随后增加了通过新形成的电网运行的电流。

这使该网络能够充当本地焦耳加热器，从而将电流的能量转化为损坏区域周围的热量。几分钟后，这种热量融化并重新处理了中间热塑性层，从而密封损害 - 有效地自我修复伤口。

最后一步是通过擦除底层的损坏的电占地，将系统重置回原始状态。为此，Markvicka的团队正在利用电流的效果，在该过程中，电流导致金属原子迁移。传统上，这种现象被视为金属电路中的障碍，因为移动原子变形并导致电路材料的间隙，从而导致设备故障和破裂。

在一项重大创新中，研究人员正在使用电气移民来解决一个长期以来一直困扰着创建自主，自我修复系统的问题：底层中损伤引起的电网的永久性。没有重置基线监视轨迹的能力，系统将无法完成一个以上的损坏和修复周期。

它使研究人员震惊了电气移民 - 具有物理分离金属离子并触发开路故障的能力 - 可能是擦除新形成的痕迹的关键。该策略有效：通过进一步加强电流，团队可以诱导重置损坏检测网络的电气迁移和热力故障机制。

Markvicka说：“电气移民通常被视为巨大的。” “这是阻止电子设备微型化的瓶颈之一。我们在这里以独特而真正的积极方式使用它。而不是试图防止它发生，而是首次利用它来消除我们以前认为是永久性的痕迹。”

自主的自我修复技术有潜力彻底改变许多行业。在内布拉斯加州等农业状态中，对于经常遇到树枝，刺，塑料和玻璃等尖锐物体的机器人系统来说，这可能是一个福音。它还可以彻底改变可穿戴的健康监测设备，这些设备必须承受每日磨损。

该技术还将更广泛地使社会受益。大多数基于消费者的电子产品的寿命仅为一两年，每年造成数十亿磅的电子废物。这些废物含有威胁人类和环境健康的铅和汞等毒素。自我修复技术可以帮助阻碍潮流。

Markvicka说：“如果我们可以开始创建能够通过何时发生损害的材料，然后启动这些自我修复机制，那将是真正的变革。”