从查尔斯·达尔文(曾称其为“世界上最奇妙的植物之一”)到《恐怖小店》中食人的奥黛丽二世,捕蝇草一个多世纪以来一直启发着艺术家和科学家。今天在《Nature Communications》杂志上发布的一项研究描述了一种新的软体抓取机器人,它以捕蝇草的设计为灵感,用于感知和拾取物体。
“很多时候,当人们对智能材料和功能材料感兴趣时,他们的灵感都来源于大自然,”研究作者 Arri Priimagi 说。“在我们的案例中也是如此。”
捕蝇草叶子的内侧有微小的触发毛,如果昆虫或物体在二十秒内接触到其中至少两个,毛发基部的感觉细胞就会产生电信号。这会触发运动细胞,然后捕蝇草就会合拢。正是这种化学-感觉关系让捕蝇草在苍蝇着陆时“知道”合拢,而在灰尘吹过时保持张开。
“捕蝇草能够区分不同物体,这是关键,”Priimagi 说。“当苍蝇进入其表面时,它会合拢;但当是灰尘颗粒时,它就不会有任何反应。而这正是我们融入我们系统的部分……当然,我们的设备要简化得多。但这种自主决策,正是我们想要模仿捕蝇草的地方。”
触发新机器人抓取动作的是光,而不是触碰。研究人员取了一层薄薄的、一厘米长的对光敏感的聚合物(称为液晶弹性体),并将其粘在一根光纤上。光通过光纤传输,当物体进入视野——使得物体的一些光反射回聚合物层——这种反射会导致设备合拢并像捕蝇草一样抓住物体。
换句话说,机器人不需要复杂的计算系统或外部干预就能抓住物体。如果条件合适——如果昆虫在二十秒内触碰到两根触发毛,或者有足够的光从物体反射到液晶弹性体上——系统就会做出反应。
液晶弹性体和光纤技术都早于 Priimagi 的努力。他的设计独特之处在于将两者结合起来。虽然现在判断其实际应用还为时过早,但 Priimagi 认为,这种设计最终可以用在传统计算机处理器无法到达的微小空间,或用作微型设备的质量控制系统。
与此同时,团队正在研究是否能让该设备识别颜色。由于陷阱是基于反射光工作的,因此有可能让聚合物在看到红色时合拢,而在看到绿色时保持张开。此外,Priimagi 希望能让它提起更重的物体。
最后,Priimagi 说,目标是让这种仿生捕蝇草机器人更加“捕蝇草”。“真正的捕蝇草有一个特点,就是它合拢时产生的动作是一种‘啪’的一声。我认为这种‘啪’的一声动作使得捕蝇草能够消耗很少的能量并快速合拢。这也是我们未来想要发展的,看看我们是否能让系统更快地做出反应。”