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AM封面：从鲜花绽放到软体机器人
还记得电影《超能陆战队》里的大白么？我们经常幻想拥有这样一个机器人，在我们情绪低落时，给我们一个爱的大抱抱。
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这种机器人被称为“软体机器人”，相比于传统机器人，软体机器人的主要特点是柔软性，需要通过柔性变形材料（如硅胶等）实现模仿类似肌肉运动的生物活动，具有更高的运动自由度。
曾现身“两会e直播”的乐聚机器人（传统机器人代表）。图片来自网络
去年，哈佛大学的研究者曾在Nature 杂志上发表文章，通过3D打印技术研发出首个全软体机器人“Octobot”，全部使用柔性材料硅橡胶，可以通过燃料的化学反应产生的气体压强变化实现自主运动（Nature, 2016, 536, 451-455）。
软体机器人“Octobot”。图片来源：Nature
近日，Advanced Materials 的封面位置绽放了一朵美丽的“百合花”，来自韩国首尔大学Sung-Hoon Ahn教授课题组发表的文章。文章报道了一种方法将聚酯纤维包裹在镍钛形状记忆合金（SMA）复合材料上，并编织成环路连接结构从而创建了一种3D柔性变形材料。该柔性材料能够在热激发的条件下发生三维结构转换，设计简单，在可穿戴设备、护甲和软体机器人技术领域有广泛的应用前景。
图片来源：Adv. Mater.
生物系统往往发生复杂的软变形，比如花朵的盛开，就是通过表皮细胞的膨胀这种“自下而上”的方式实现的。研究者将聚酯纤维缠在镍钛形状记忆合金复合材料上。加热时，镍钛合金由马氏体向奥氏体转变；反过来，冷却时，镍钛合金由奥氏体向马氏体转变。而通过外加一个0.3 A大小的电流，就可以实现形状记忆合金的相变过程。
聚酯纤维@SMA复合材料的编织方式。图片来源：Adv. Mater.
然后，研究者使用简单的编织方法——纬编，[1]将复合材料织成平面2D和环状3D结构。如图所示，打结的方式有两种，我们称之为K结和P结。因此，编织成2D结构，K结和P结的交替方式就有了四种。编织成3D结构，K结和P结的交替方式就有了十种。研究者试验了每种编织方式通电后的形变。
不同编织方式编织成的2D矩阵（10×10 mm）。图片来源：Adv. Mater.
再通过编码的思想，就可以将K结和P结组合，编织出各种不同的花瓣。视频中，编织而成的“花骨朵”在电流的激发下，实现了鲜花的绽放。由于该材料的编织技术采用的都是纺织工业中的通用技术，不仅使得这种纺织方式设计相对于体积结构设计更加简单，而且为后续实用化提供了基础。
可变形的“百合”、“水仙花”、“马蹄莲”。图片来源：Adv. Mater.
视频来源：Seoul National University
这种环路连接的变形结构，不仅可以实现弯曲和扭转变形，还可以在三维层面上实现体积转变。并且，变形和转变的结果依赖的是一维智能纤维巧妙地编织设计方式。不但具有高度的灵活性，可以实现多维度的变形过程，而且设计简单，能够适应大规模的生产。可以预见，这种智能纤维复合材料在可穿戴设备、护甲和软体机器人领域有着广泛的应用前景。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Blooming Knit Flowers: Loop-Linked Soft Morphing Structures for Soft Robotics
Adv. Mater., 2017, 29, 1606580, DOI: 10.1002/adma.201606580
参考资料：
1. https://en.wikipedia.org/wiki/Knitting
编织按照方式不同分为经编和纬编，经编布的纹理是纵向延伸，而纬编布的纹理则是横向延伸的。（化学出身的理工男小希第一次知道编织还有不同区分……）
（本文由小希供稿）