活久見！你扔掉的蝦殼，瑞士科學家造機器人登頂刊了

或許在不久的將來，我們餐桌上的海鮮殼，真的能變成執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的機器人。這種"變廢為寶"的創(chuàng)新，讓人不得不感嘆科技的神奇。

機器人還能用海鮮殼來造？

沒錯，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）的科學家們真的這么干了。他們直接把廢棄的海螯蝦（langoustine）外殼集成到了機器人裝置中，造出了能抓取物體、能推動游泳的生物混合型機器人。

這項研究來自EPFL工程學院的計算機器人設(shè)計與制造實驗室（CREATE Lab），成果近日發(fā)表在了材料科學領(lǐng)域的頂尖期刊《Advanced Science》上。

傳統(tǒng)機器人基本都是金屬、塑料和復(fù)合材料制成，即便是仿生機器人，用的也還是人造材料。但這次，研究團隊反其道而行之，直接把生物材料——海鰲蝦腹部的外骨骼作為機器人的核心部件。

實驗室負責人Josie Hughes表示，將生物元素與合成部件結(jié)合，不僅能提升機器人性能，還能支持可持續(xù)技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展。

▍蝦殼為啥能造機器人

甲殼類動物的外骨骼可不簡單。

研究團隊解釋，外骨骼結(jié)合了礦化的外殼和關(guān)節(jié)膜，在剛性和柔性之間達到了平衡。這種結(jié)構(gòu)讓每個節(jié)段都能獨立運動，使甲殼類動物能在水中進行快速、高扭矩的運動。

而這些特性，恰恰是機器人所需要的。

更妙的是，通過重新利用食物垃圾，研究人員提出了一個可持續(xù)的循環(huán)設(shè)計流程——材料可以被回收并用于新任務(wù)。

具體怎么做的呢？

研究團隊在海鰲蝦外骨骼內(nèi)部嵌入彈性體來控制每個節(jié)段，然后將其安裝在電動底座上，以調(diào)節(jié)其剛度響應(yīng)（伸展和彎曲）。最后，他們用硅膠涂層覆蓋外骨骼，以加固并延長其使用壽命。

這樣改造后的生物混合機器人，展現(xiàn)出了令人驚訝的能力。

▍抓取、搬運、推動游泳樣樣行

基于這種設(shè)計，研究團隊展示了三種機器人應(yīng)用。

首先是機械手應(yīng)用。當安裝在電動底座上時，這個裝置可以移動重達500克的物體到目標區(qū)域。要知道，這個重量已經(jīng)相當可觀了——大約相當于一瓶礦泉水的重量。

其次是抓取應(yīng)用。將兩個外骨骼組合成一對夾持器后，它們可以成功抓取各種大小和形狀的物體，從熒光筆到番茄都沒問題。這種適應(yīng)性對機器人來說相當重要。

最令人驚奇的是游泳應(yīng)用。研究團隊用兩個外骨骼制作了拍打式的"鰭"，推動游泳機器人以每秒11厘米的速度前進。雖然速度不算快，但證明了生物材料在水下機器人領(lǐng)域的潛力。

值得一提的是，這套系統(tǒng)還具有可回收性。使用后，外骨骼和機器人底座可以分離，大部分合成部件都可以重復(fù)使用。

論文第一作者、CREATE實驗室研究員Sareum Kim表示："據(jù)我們所知，我們是第一個提出將食物殘渣整合到機器人系統(tǒng)中的概念驗證，將可持續(xù)設(shè)計與重復(fù)使用和回收相結(jié)合。"

▍生物材料造機器人，挑戰(zhàn)與前景并存

當然，這種方法也面臨著挑戰(zhàn)。

最大的限制在于生物結(jié)構(gòu)的天然差異性。比如，每只海鰲蝦尾巴的形狀都是獨一無二的，這意味著雙"指"夾持器的兩側(cè)彎曲程度會略有不同。

研究人員表示，要解決這個問題，需要開發(fā)更先進的合成增強機制，比如可調(diào)控制器。

盡管存在挑戰(zhàn)，研究團隊對未來充滿信心。他們認為，隨著技術(shù)改進，整合生物衍生結(jié)構(gòu)元素的系統(tǒng)將大有可為，比如應(yīng)用于生物醫(yī)學植入物或生物系統(tǒng)監(jiān)測平臺。

Hughes總結(jié)道："雖然大自然并不一定提供最優(yōu)形態(tài)，但它在許多方面仍然優(yōu)于人工系統(tǒng)，并為基于優(yōu)雅原理設(shè)計功能性機器提供了寶貴見解。"

這項研究的意義不僅在于技術(shù)創(chuàng)新。在全球面臨環(huán)境挑戰(zhàn)的今天，將廢棄生物材料轉(zhuǎn)化為高科技產(chǎn)品，無疑為可持續(xù)發(fā)展提供了新思路。