说到水下软体机器人，大多都是模仿鱼类、海星、水母等生物。
落叶也能成为开发软体机器人的灵感？
还真有科学家在“树叶在空中飘动而掉落”中汲取灵感，开发了一款软体机器人，还登上了机器人顶级期刊《SCIENCE ROBOTICS》的封面！
这款机器人被称为“Swimming Leaf”，（下称“树叶”），由韩国首尔国立大学机械工程系的研究小组开发，能够自主游泳，向下游动时就和树叶飘落一模一样。
向上游动也没问题：
还具有整合探索和维护海洋环境所需的各种功能的潜力，比如捡起水底的塑料垃圾。
▍“树叶”水下飞舞的运动秘诀
要想设计一款会游泳的树叶机器人，就要先搞清楚落叶飘落时的运动动力学问题。
研究人员发现，树叶上有关键的9个质量点，每个点上的点质量会在质心和浮力之间造成偏移，从而产生与环境耦合的内部扭矩，就是我们平时看到的树叶“摇摇晃晃”飘落下来。
那如何让“树叶”机器人按照我们想要的方式运动呢？
树叶飘落的关键之处在于，这种运动高度依赖于树叶上的密度分布，并且在水下环境中效果会进一步放大。
于是，改变“树叶”的密度分布，就是机器人自主运动的关键！
研究人员将一层薄薄的软复合材料制成叶片，在叶片上附上了一个“浮力皮肤”驱动器，由充满液体的弹性体（称为“肌肉”）和柔软的电子电路组成，将电路加热到一定程度时，内部液体会产生连续的剧烈体积变化从而改变其密度，密度变了，则浮力也会发生改变。
电子电路上有不同的三个激活位点，通过控制热量施加的位置点，可以控制不同点位上的浮力，从而实现两种运动步态：
三个点位浮力均匀分布：
三个点位浮力不均匀分布：
这种密度分布控制技术无需使用螺旋桨或其他推力装置，也无需大幅改变物体的形状，就可以通过的任意结构移动到所需位置，不仅让薄薄的“树叶”动起来，连花盆也不在话下。
▍海洋环保小能手，清除塑料垃圾和油污
这片小小的“树叶”有什么作用呢？
研究人员称，它具有探索和维护海洋环境的具大潜力，可以从小到一毫米的大小到几米甚至更大的大面积广泛使用。
为了证明这种可能性，研究人员做了一个实验，结合折纸设计展示了大面积的水面除油污功能。
把机器人放在一个小水箱中，这里它不是以“树叶”的形式，而是利用了超疏水-超亲油吸附片制作了一个自展开折纸框架，下水后几秒钟就可展开。
随后机器人可对准油污区域，自动游到溢油区并去除污染物。
如果把亲油吸附片换成轻薄的多个胶粘片，机器人还可以清理水底的塑料垃圾：
▍下一步：不被急流冲走
“树叶”在静水中具有良好变现，但是它这么轻，如果水流很急的话怎么办？
研究人员表示，自然发生的湍流也是考虑实际运动的必要因素，但事实上，他们还未解决湍流对机器人游起来的负面影响，因此还要进一步研究对流动水中的运动控制。
但这并不影响“树叶”开启了水下软体机器人的新形式和新功能，由于“树叶”轻巧和较大的表面积特性，它而容易受到电流影响，能够以非常节能的方式长距离行驶。
【参考文献】
https://robotics.sciencemag.org/content/6/53/eabe0637
END
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