将一个弹性球（橙色）包裹在一层小机器人（蓝色）中，研究人员可以对形状和行为进行编程。信用: Jack Binysh

物理学家们发现了一种新的方法，用材料包裹软体机器人，使它们能够以一种更有目的性的方式移动和运作。由英国巴斯大学领导的这项研究今天在《科学进展》上进行了描述。

该研究的作者认为他们对 "活性物质 "的突破性建模可能标志着机器人设计的一个转折点。随着这一概念的进一步发展，有可能不是通过软体的自然弹性，而是通过人类对其表面的控制活动来决定其形状、运动和行为。

普通软质材料的表面总是缩成一个球体。想想水珠变成水滴的方式：水珠的发生是因为液体和其他软质材料的表面自然收缩成最小的表面积--即球体。但是，活性物质可以被设计成与这种趋势背道而驰。这方面的一个例子是，一个橡胶球被一层纳米机器人包裹着，这些机器人被编程为统一工作，将球扭曲成一个新的、预先确定的形状（例如，一个星星）。

人们希望，活性物质将导致新一代的机器，其功能将自下而上。因此，这些新机器将由许多单独的活性单元组成，它们合作决定机器的运动和功能，而不是由中央控制器控制（今天工厂里的机械臂的控制方式）。这类似于我们自己的生物组织的工作原理，如心肌中的纤维。

利用这一想法，科学家们可以设计出软体机器，其手臂由柔性材料制成，由嵌入其表面的机器人提供动力。他们还可以通过在纳米颗粒的表面涂上反应灵敏的活性材料，定制药物输送胶囊的大小和形状。这反过来可以对药物与体内细胞的相互作用产生巨大的影响。

有关活性物质的工作挑战了液体或软固体表面的能量成本必须总是正数的假设，因为创造一个表面总是需要一定的能量。

研究的第一作者Jack Binysh博士说："活性物质使我们以新的眼光来看待熟悉的自然规则--像表面张力必须是正值这样的规则。看看如果我们打破这些规则会发生什么，以及我们如何能够利用这些结果，这是一个令人兴奋的研究场所。"

通讯作者Anton Souslov博士补充说："这项研究是一个重要的概念证明，具有许多有用的意义。例如，未来的技术可以生产出柔软的机器人，这些机器人的体积要小得多，而且能更好地拿起和操纵脆弱的材料。"

在这项研究中，研究人员开发了理论和模拟，描述了一个三维软体，其表面经历了主动应力。他们发现，这些主动应力扩大了材料的表面，将下面的固体一起拉动，并导致全局形状变化。研究人员发现，固体所采用的精确形状可以通过改变材料的弹性特性来定制。

在这项工作的下一阶段--已经开始了--研究人员将应用这一一般原理来设计特定的机器人，如软臂或自游泳的材料。他们还将研究集体行为--例如，当你有许多活性固体，都挤在一起时会发生什么。