（这些软体制动器利用不稳定的突弹跳变的能量来激发大的输出和小的液体输入。图片来源: Johannes Overvelde/The Bertoldi Lab）

工程中的不稳定一般不是一件好事。如果你正在建一个摩天大楼，轻微的不稳定性可能在几分之一秒内让整个建筑轰然倒塌。但是，如果形状的快速变化正是你想要的呢？

软机器和机器人正变得越来越多功能，它们能够移动，跳跃，抓住物体，甚至改变颜色。负责他们的致动运动的元件往往是柔软而膨胀的部件，称为流体致动器。这些致动器需要大量的空气或水来改变形状，这样会使得机器速度变慢，体积大，不易脱下。

一支来自在的哈佛大学约翰·保尔森A.工程和应用科学（SEAS）学院的研究人员团队，设计了一种新的软制动器，可以利用不稳定的力量来激发瞬间移动。

该研究的负责人是Katia Bertoldi，自然科学的约翰·洛布副教授，同时也是Kavli生物纳米科技协会的成员，以及材料研究科学与工程中心的副教授。这项工作发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志的一篇论文上。

致动器是由一个著名物理实验而受到的启发的，其中两个气球充气至不同的尺寸，并通过一个管与阀门相连的。当阀打开时，空气在气球之间流动。但是没有如人们所预料的两个气球会变成等大状态，而且大的气球膨胀的更多，而较小的气球变瘪了更多。

这个意外的行为表现来自于气球的“压力和容积之间的非线性关系”，这意味着该体积的增加并不一定导致压力的增加。

“充气球的时候，最初吹气的几口是最难的，但它在达到临界压力后会变得容易，”SEAS的博士生，同时也是该论文的第一作者Johannes Overvelde说。 “与吹气球类似，在我们的研究中，我们以这样的方式进行联接，它们之间的非线性响应的相互作用，可以导致意外的行为发生。这些联接部分的特定组成，看可导致快速移动的不稳定性，并产生体积的可忽略不计的变化。”

这些快速移动的不稳定性，称为卡扣通过不稳定性，引发内部压力，扩展    ，形状和施加的力的巨大变化，而体积只有很小变化。如果能够加以利用，这些不稳定性将使软机器人迅速移动，而无需携带或捆绑一个流体供应源。

但首先Bertoldi的团队必须找到一个方法来控制这种不可控的东西。

该团队开始用水建造并充气36个段，并测量他们如何回应。然后，使用一个复杂的计算机算法，他们确定了段的所有可能组合的响应。

总共630制动器，可能从两个段进行装配，每段装配有不同的组合响应。有些组合的表现不稳定，另一些则没有。这个团队选择对于特定应用进行响应的组合。例如，一个组合可以导致制动器长度的突然增加，就像一个蠕虫一样移动。另一种组合可以快速从一段运送自身体积到另一段。

这些快速的动作可以通过少量的体积变化来激发。例如，1ml的水引发的不稳定，可以导致内部20毫升的体积流量的不稳定。

“这些单独部件的美妙之处在于，它们很便宜，而且容易使用现成的材料进行制造。然而，当你把这些非常部件联接起来后，你可以得到具有复杂行为的软制动器，”Overvelde说。 “通过连接多个零件片段，你可以在驱动器嵌入一个简单程序，即能进行局部通胀和通缩的一系列复杂动作。”

下一步就是测试这些软体机器人的不稳定性。

“工程师们会避免长期不稳定，因为其常常代表失效，”Bertoldi的说。 “这是了不起的，介于这种不稳定本身竟然提供了一种提高，并将这个软制动器领域向前推进的方式。”

这项研究的共同作者还有Tamara Kloek和Jonas D'HAEN。这项研究由材料研究科学与工程中心和国家科学基金会的资金支持。

新材料在线编译整理——翻译：Gary     校正：摩天轮