博科公園——科普:最近發表在《科學機器人學》上的壹篇論文描述了這種閥門。除了Rothemund和Preston，這項研究還由Alar Ainla、Lee Belding和Sarah Kurihara(來自化學和化學生物學系)、Zhigang Suo(來自Kavli Bionano科技研究所)和Whitesides***。人們制造了許多不同類型的軟機器人……最後，所有這些機器人都是由硬閥控制的。我們的想法是將這些控制功能植入機器人本身，這樣我們就不再需要這些堅硬的外部零件了。這個閥門結合了兩個簡單的想法:首先，薄膜類似於壹個“popper”玩具，其次，當妳扭動這些管道時，就像妳扭動花園軟管來阻止水流。Preston和Rothemund演示的瓣膜建在壹個圓柱體內，圓柱體被壹層矽膜隔開，形成壹個上腔和壹個下腔。
當它落在物體上時，閥門關閉，抓取器自動啟動。圖片:哈佛大學
對下部腔室加壓迫使膜彈出，釋放壓力並使其彈出回到“靜態”狀態。每個腔室還包括壹個管，當膜轉換方向時，可以扭曲該管以有效地打開或關閉閥門。無論面向哪個方向，都會使上管或下管打結，所以彈射時，底管會彎曲，沒有空氣通過底管。膠片彈出時，上管扭轉，下管斷開，空氣可以流過下管。我們可以在這兩種狀態之間來回切換...切換輸出。普雷斯頓和羅瑟蒙德說，在某些方面，這種閥門代表了軟機器人的壹種新方法。到目前為止，該領域的大部分工作都集中在功能性制造機器人上，這些機器人可以抓取或充當軟手術牽引器。羅瑟蒙德和普雷斯頓認為，這種閥門是壹個關鍵部件，可以用於任何數量的設備。
這種方法適用於任何軟致動器，並沒有回答如何制作夾具的問題，但退壹步說，很多軟機器人的充氣和放氣原理是壹樣的，所以這些機器人都可以使用這個閥門。普雷斯頓和羅瑟蒙德可以自動調整閥門來執行壹些動作，比如抓住壹個物體。在壹次演示中，閥門被設計成壹個多指固定裝置，但增加了壹個小通風口，讓空氣壓力從閥門底部的腔室中釋放出來。然而，當夾具下降到網球上時，通風孔關閉，這導致底部腔室增壓，啟動閥並使夾具工作。所以這項技術將這個功能集成到了機器人中。以前有人做過夾子，但是總有人站在那裏，看著夾子湊近了才開始。這是自動的。
該團隊還能夠建立壹個“反饋”系統，當提供單壹穩定的壓力時，會導致閥門在不同狀態之間快速振蕩。本質上，該系統將空氣壓力從上腔室傳送到下腔室。當閥門彈出到升高位置時，它切斷壓力，允許底部腔室排氣，釋放壓力，並使膜返回到降低位置，以再次開始循環。我們利用了導致膜向上翻轉的壓力與膜向下翻轉所需的壓力不同的事實，因此當我們將輸出反饋給閥本身時，我們將獲得這種振蕩行為。利用這種行為，該團隊可以建造壹個簡單的“尺蠖”機器人，它可以基於接受單壹輸入壓力的單壹閥門移動。在壹個恒定的壓力下，我們可以做出這樣的行走動作，而我們根本無法控制這種行走——我們只需要輸入壹個壓力，它就可以自己行走了。
未來需要做更多的工作來進壹步改進這種閥門，使其能夠適應不同的用途和不同的幾何形狀。這只是用薄膜做的演示。有許多不同的幾何圖形顯示這種雙穩態行為...所以現在我們可以考慮設計這個機器人，讓它適用於機器人，這取決於妳想要的應用。普雷斯頓還希望探索這種閥門——因為它總是處於兩種狀態中的壹種——是否可以用作晶體管來形成邏輯電路。在某種程度上，它有點像晶體管。妳可以輸入壓力，然後轉換輸出...從這個意義上說，我們可以把它看作是完全軟計算機的壹部分。