加州理工學院和蘇黎世聯邦理工學院的工程師開發出了能夠自行推進的機器人，無需使用任何電機，伺服系統或電源。相反，這些首創的設備在水中劃水，因為它們由溫度變化而變形。

這項工作模糊了材料和機器人之間的界限。在自行式設備中，材料本身使機器起作用。“我們的例子表明，我們可以使用結構材料來響應環境因素，控制和推動機器人，”加州理工學院工程與應用科學系機械工程和應用物理學教授Daraio說道，并且是一篇論文的通訊作者推出5月15 日出現在美國國家科學院院刊上的機器人。

新推進系統依賴于柔性聚合物條帶，在冷卻時卷曲并在溫暖時伸展。聚合物被定位以激活機器人體內的開關，該開關又連接到槳，其像劃艇一樣向前排。

該開關由雙穩態元件制成，該雙穩態元件是可以在兩種不同的幾何形狀中穩定的部件。在這種情況下，它由彈性材料條構成，當被聚合物推動時，彈性材料從一個位置卡扣到另一個位置。

當冷機器人被放置在溫水中時，聚合物伸展開來，激活開關，由此產生的能量突然釋放使機器人向前移動。聚合物條帶也可以“調整”以在不同時間給出特定的響應：也就是說，較厚的條帶需要更長的時間來加熱，拉伸并最終激活其槳葉而不是更薄的條帶。這種可調性使團隊能夠設計出能夠以不同速度轉動和移動的機器人。

該研究以加州理工學院航空航天教授Daraio和Dennis Kochmann先前的工作為基礎。他們使用雙穩態元件鏈來傳輸信號并構建類似計算機的邏輯門。

在設計的最新版本中，Daraio的團隊和合作者能夠以這樣的方式連接聚合物元件和開關，使四輪機器人向前推進，從而減少一個小的有效載荷(在這種情況下，一個令牌，加上印有加州理工學院的密封件)，然后向后劃槳。

“將簡單的動作結合在一起，我們能夠將編程嵌入到材料中，以執行一系列復雜的行為，”加州理工學院博士后學者Osama R. Bilal說，他是PNAS論文的共同第一作者。將來，可以添加更多功能和響應，例如使用對其他環境因素(如pH或鹽度)有反應的聚合物。研究人員表示，未來版本的機器人可能含有化學品泄漏，或者在較小規模上可能含有藥物。

目前，當雙穩態元件咬合并釋放能量時，必須手動復位它們才能再次工作。接下來，該團隊計劃探索重新設計雙穩態元件的方法，以便在水溫再次變化時自動重置 - 使得它們可能無限期地游泳，只要水溫不斷波動。

PNAS論文的標題是“利用雙穩態機器人進行柔性無繩機器人的定向推進。”