麻省理工学院的工程师制造了透明的凝胶机器人，当水被泵入和抽出时，这些机器人会移动。机器人可以执行一些快速，有力的任务，包括在水下踢球，抓住并释放活鱼。

机器人完全由水凝胶制成 - 一种坚韧，橡胶状，几乎透明的材料，主要由水组成。每个机器人都是空心的，精确设计的水凝胶结构的组合，连接到橡胶管。当研究人员将水泵入水凝胶机器人时，结构会迅速膨胀，使机器人能够卷曲或伸展。

该团队制作了几个水凝胶机器人，包括一个前后襟翼的鳍状结构，一个可以踢动的铰接式附件，以及一个可以挤压和放松的柔软的手形机器人。

由于机器人既由水供电，也几乎完全由水制成，因此它们具有与水相似的视觉和声学特性。研究人员提出，这些机器人如果设计用于水下应用，可能几乎看不见。

该小组由麻省理工学院机械工程与土木与环境工程副教授玄鹤钊和研究生Hyunwoo Yuk领导，目前正在寻求将水凝胶机器人用于医疗应用。

“水凝胶柔软，湿润，具有生物相容性，可与人体器官形成更友好的界面，”赵说。“我们正在与医疗团体积极合作，将这个系统转化为软水操纵器，例如水凝胶'手'，这可能会对外科手术中的组织和器官进行更温和的操作。”

Zhao和Yuk本周在Nature Communications杂志上发表了他们的研究结果。他们的合着者包括麻省理工学院研究生Shaoting Lin和Chu Ma，博士后Mahdi Takaffoli，以及机械工程副教授Nicholas X. Fang。

机器人食谱

在过去的五年中，赵氏集团一直致力于开发水凝胶，混合聚合物和水的解决方案的“配方”，并使用他们发明的技术来制造坚韧但高度可拉伸的材料。他们还开发了将这些水凝胶粘合到各种表面(如玻璃，金属，陶瓷和橡胶)上的方法，从而形成极强的粘合力，可抵抗剥离。

该团队意识到这种耐用，柔韧，可强力粘合的水凝胶可能是用于软机器人的理想材料。许多团体设计了有机硅等橡胶软机器人，但赵指出这些材料与水凝胶不具有生物相容性。他说，由于水凝胶主要由水组成，因此在生物医学环境中使用它们自然更安全。虽然其他人试图用水凝胶制造机器人，但他们的解决方案导致脆性，相对不灵活的材料在重复使用时会破裂或破裂。

相比之下，赵的小组发现它的配方很适合软机器人。

“我们最初没有想到这种[软机器人]项目，但意识到也许我们的专业知识对于将这些果冻翻译为强大的执行器和机器人结构至关重要，”Yuk说。

快速而有力

为了将他们的水凝胶材料应用于软机器人，研究人员首先关注动物世界。它们特别集中在leptocephali或玻璃鳗鱼 - 微小，透明，水凝胶状的鳗鱼幼虫，它们孵化在海洋中并最终迁移到它们的天然河流栖息地。

“旅行非常漫长，没有任何保护手段，”尤克说。“看起来他们似乎试图演变成一种透明的形式，作为一种有效的伪装策略。我们希望达到类似水平的透明度，力量和速度。”

为此，Yuk和Zhao使用3D打印和激光切割技术将他们的水凝胶配方打印成机器人结构和其他空心单元，它们粘合到与外部泵连接的小型橡胶管上。

为了启动或移动结构，该团队使用注射泵通过中空结构注入水，使其能够快速卷曲或拉伸，这取决于机器人的整体配置。

Yuk和Zhao发现，通过抽水，它们可以产生快速，有力的反应，使水凝胶机器人能够在一秒钟内产生几个力的力。从视角来看，其他研究人员通过简单的渗透激活了类似的水凝胶机器人，让水自然渗透到结构中 - 这是一个缓慢的过程，在几分钟或几小时内产生毫克力。

捕捉和释放

在使用多种水凝胶机器人设计的实验中，该团队发现这些结构能够承受多达1,000次循环的重复使用而不会破裂或撕裂。他们还发现，每个设计，水下放置在彩色背景下，几乎完全伪装。该小组测量了水凝胶机器人的声学和光学特性，发现它们几乎与水的相同，不同于软机器人中的橡胶和其他常用材料。

在该技术的引人注目的展示中，该团队制造了一个类似手的机器人抓手，并将水从其“手指”中抽出，使手打开和关闭。研究人员将夹子淹没在一条带有金鱼的坦克中，并表明当鱼儿游过去时，抓爪强壮且足够快，可以围绕着鱼群。

“[机器人]几乎是透明的，很难看到，”赵说。“当你释放鱼时，它很高兴，因为[机器人]很软，不会损坏鱼。想象一下，一只坚硬的机器人手可能会挤压鱼。”

接下来，研究人员计划确定水凝胶机器人的特定应用，并根据特定用途定制其配方。例如，医疗应用可能不需要完全透明的结构，而其他应用可能需要机器人的某些部分比其他部分更硬。

“我们希望确定一个现实的应用程序，并优化材料，以实现有影响力的东西，”Yuk说。“据我们所知，这是水凝胶基于压力的首次证明。我们现在把这个概念抛弃为一个悬而未决的问题，比方说，'让我们玩这个。'”