金属和其他固体材料制成的机器人已经广泛应用于工业领域。但是它们对于精细动作和与人类的互动，比如医疗护理领域来说，过于僵硬和笨重。因此，目前已经进行了大量关于软材料机器人的研究，灵感来自于自然界，比如水母、蚯蚓、鱼类或人体，这些灵感将使得“软机器人”能够灵活移动并适应环境。

基尔大学材料科学研究所的一个研究团队现已开发出一种新型基于水凝胶的材料系统，类似于肌肉的功能。这种软材料可以在短时间内被控制地快速收缩和膨胀。因此，它可以在软体机器人中承担移动任务，例如。该团队最近在《先进材料》杂志上发表了他们的研究结果。

响应性材料对热作出反应

水凝胶，比如隐形眼镜中使用的那种，具有极高的弹性。它们几乎完全由水构成，其力学特性类似于人体组织。特殊的，称为响应性水凝胶，可以在环境作用下收缩高达90%。

研究论文的第一作者之一，Margarethe Hauck博士解释说：“我们的水凝胶对热敏感，也就是它们对热作出反应。在32℃以上的温度下，它们释放水分以减小体积。”温度降低时，水凝胶重新吸收水分，恢复到原始体积。

该过程可以重复任意次数，从而实现一种运动。Hauck博士说：“基本上，这些水凝胶有望像人类肌肉一样发挥作用。”她在“大脑材料”研究生培训计划中完成了有关该主题的博士学位研究。这使得它们作为执行器组件对于开发新型软机器人非常有趣。但是，迄今为止，改变体积的整个过程仍需要几个星期，对于大多数应用来说速度过慢。

内部通道系统可以更快地输送水

全球的科学家正试图使用各种方法更快地改变这种热敏水凝胶的体积。基尔的研究人员在其水凝胶中建立了一个微小管道的网络。Lena Saure，功能纳米材料主席的博士生，也是该研究的第一作者之一，解释道：“这样可以比之前更快地减小和扩大水凝胶的体积，而不会损失稳定性。相反，它甚至能够施加多达4000%的力。”材料科学家Fabian Schütt博士说：“我们的方法遵循了自然界的榜样。植物和动物拥有联网的、分层结构的通道系统，以实现有效的物质和流体输送，就像人体的毛细血管系统一样。利用这个原理，我们也可以改善软材料的性能。”

石墨烯涂层实现电控制

这些连接的微小管道，几微米大小，允许水自由地流入和流出水凝胶，从而实现快速改变其体积。一个极薄的石墨烯涂层也使得这些管道具有导电性。研究人员可以通过电流加热水凝胶，并通过触摸一个按钮来控制水的输送。Schütt博士说：“这对于实际应用这样的软执行器来说是至关重要的一个方面。”

因此，整个体积变化现在只需要几小时而不是几个星期了。Saure博士解释说，使用定向光束也可以加速这一过程。“这的优势在于，运动可以无线控制，因此非常灵活。”

这个团队可以根据不同的应用需求来改变水凝胶的性质。例如，管道的不同结构或石墨烯的浓度的高低都可以改变反应时间或施加的力量。