传统的活性材料驱动器往往存在运动难以控制，以及运动轨迹难以预测等问题。近日，研究人员设计出一种由红外光驱动的软体机器人，可以沿着既定轨道在空中运输物体，类似于空中缆车。这种软体机器人能够在最大80度的坡度上攀爬，并能承载高达自身重量12倍的负载。此外，设计者为了测试该结构对于不同轨道的容错性，对不同材质、尺寸，甚至存在尺寸突变的轨道进行了测试。

  近日，研究人员设计出一种由类似丝带状，可沿轨道爬行的软体机器人（图1），其材料为液晶弹性体，经过扭转（类似意大利螺旋面条的形状），然后将末端连接，形成一个类似手环的闭环。具体来说，这个螺旋环状结构绕着轨道缠绕了两到三圈，使得环以与轨道平行的角度悬挂。由于该材料出色的热驱动效应，当暴露在与轨道垂直的红外光下时，吸收光线最多的丝带部分会收缩，产生滚动运动：被照射的部分收缩，将温度较低的部分拉入光照区域，这部分随后加热，而先前加热的部分开始冷却，如此循环往复。随着软体环的自我扭转滚动，它便沿着轨道移动。

图1：(A) 螺旋环状软体机器人的结构及其工作原理。(B) 该结构在工作过程中的红外摄像温度图。

  由于该工作受到空轨和缆车等常见的交通工具启发，测试者将其悬挂与地面呈不同角度的钢丝轨道上，以测试其攀附爬行的稳定性。由于并非直接悬挂，而是得益于螺旋环装本身的螺旋结构，该设计可以通过调节悬挂于轨道上的圈数来改变摩擦力，使其攀附得更加牢固，最高可爬行坡度可达接近垂直的80余度（图2）。

图2：该软机器人沿不同角度的轨道攀缘，最陡可达与地面夹角为80°。

  研究人员展示了软体环形机器人可以在细如人类头发或粗如吸管的轨道上运行。软体机器人还能克服轨道上的障碍，比如打结或隆起（图3A）。研究人员还演示了机器人可以承受自身重量12倍左右的负载（图3B）。

图3：该软体机器人适用于不同场景完成作业。(A) 轨道上存在打结以模拟突变/污损； (B)对该环状结构施加自身重量十倍以上的负载； (C) 轨道存在尖角；(D) 轨道为更加复杂的螺旋结构；(E)轨道本身为柔性体，且处于完全松弛状态。

  此外，传统缆车的缆绳具有一定的条件限制，该设计在克服这些限制上做出了一些突破（图3C-E），例如对于刚性缆绳，若缆绳存在非光滑的突变，例如需要转过锐利的角度，该材料自身柔性的特征就能使其产生一个局部跳变，使其能够自由灵魂地通过该角度。另外，对于更加复杂的三维结构，例如螺旋状结构，该机器人仍旧可以灵活通过，理论上讲，该驱动器在驱动光存在的温度场内可以经由架设的轨道到达任意位置，这也是轨道铺设的优势所在。

  该工作标题名为《Aerial Track-Guided Autonomous Soft Ring Robot》并发表在Advanced Science上。第一作者为北卡罗莱纳州立大学机械与航空航天工程系博士生漆方杰，通讯作者为该系尹杰教授，共同作者还有该系博士生周才植，清海涛，以及孙昊泽。

  文章信息：

  F. Qi, C. Zhou, H. Qing, H. Sun, J. Yin, Aerial Track-Guided Autonomous Soft Ring Robot. Adv. Sci. 2025, 2503288.

  https://doi.org/10.1002/advs.202503288