美國賓大工程學院熱活化結繩機器人無電子元件跳躍自身數百倍高度

賓夕法尼亞大學工程學院（Penn Engineering）的研究團隊，將常見的纏結繩索轉化為高性能熱激活微型軟體機器人。這些僅幾毫米長的機器人，能躍起高達 2 米（超過 6 英尺），空中翻轉，甚至如迴力鏢般返回起點。這項技術為自主植林和農業應用提供新途徑。研究顯示，僅改變結的「拓撲」結構，即可將毫米級纖維變為無電子元件的可程式化機器，執行複雜體操動作。 研究由 Shu Yang 和 Yaoye Hong 領導，使用雙材質纖維：堅韌的 Kevlar 核心，外層為液晶彈性體（LCE）。

纖維扭曲打結時儲存彈性能量，如彈簧般受摩擦固定。加熱至 60 至 90°C，LCE 收縮鬆開結，瞬間釋放動能，驅動高速運動。

結的拓撲控制運動模式

機器人的具體動作由數學拓撲決定。例如，單結產生翻轉，八字結引發旋轉。更複雜結可分階段解開，模擬體操序列。「人們視纏結纖維為被動物體，但精心設計彈性和材質，結本身即成主動系統，」Yang 表示。 為控制飛行與降落，團隊添加薄翼，仿效楓樹種子自旋。翼的位置決定前滑或迴返。這種動能在植林中特別有用，能以高局部壓力貫入土壤，壓力約為以往依賴雨水膨脹木片的播種系統的 30 倍。

由熱觸發，在乾旱少雨環境，可藉陽光精準激活。Kevlar 核心提升抗變形性，躍高加倍，媲美彈尾蟲。 未來版本將採用環保材質，降低激活溫度，優化土壤互動，開發無電源自適應機器，應對生態挑戰。