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【华e生活编译】美国宇航局周一（4月3日）宣布，在北卡罗来纳州杰克逊维尔（Jacksonville）长大、毕业于北卡州立大学的克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）将成为50多年来第一批绕月飞行的宇航员之一。 科赫将与另外两名来自美国的宇航员和一名来自加拿大的宇航员一起执行为期10天的阿耳特弥斯2号（Artemis II ）任务。该任务将测试“猎户座”飞船的系统，以确认它们能够“在深空的实际环境中与载人一起”执行和操作。 阿尔忒弥斯2号任务预计于2024年底从佛罗里达州的肯尼迪航天中心起飞。 这次任务不会让宇航员真正登陆月球，但被认为是一次试飞，将为阿尔忒弥斯3号任务“铺平道路”。该任务旨在让有史以来第一位女性和有色人种登陆月球。该任务计划在2025年进行。 科赫参与阿耳特弥斯2号任务将标志着女性首次踏上月球任务，但这不是这位宇航员第一次创造历史。 2019年12月，她打破了女性太空飞行时间最长的世界纪录，在轨道上停留了300多天。2019年早些时候，她参加了第一次全女性太空行走，与美国宇航局宇航员杰西卡·梅尔(Jessica Meir)一起为国际空间站安装太阳能系统。 拜登总统4月2日打电话向4名执行阿耳特弥斯2号任务的宇航员表示祝贺，感谢他们的服务，并激励了全国和全球的人们。 在周一的宣布中，美国宇航局飞行行动理事会主任诺姆·奈特（Norm Knight）赞扬了科赫的奉献精神和干劲。 奈特在休斯顿约翰逊航天中心的舞台上说:“你有职业道德，愿意伸出援助之手，这只有那些在农场度过暑假的人才能拥有，你不屈不挠的动力是无与伦比的。” “你们已经在我们星球的偏远角落留下了自己的印记。你已经作为一名创纪录的宇航员被载入史册了。您是开拓者，是下一代人的榜样。你已经在你的社区倡导和激励了青少年，我知道你只是刚刚开始。” 克里斯蒂娜·科赫是谁? 科赫来自密歇根州，但在北卡罗来纳州海岸杰克逊维尔长大。 据《新闻与观察家》此前报道，她从小就梦想成为一名宇航员，当时她在后院用家里的望远镜仰望夜空。她一直没能走出那个梦。 “没有人告诉我我做不到。”科赫在2019年告诉《新闻与观察家》，“所以这个梦想一直在生长。” 她就读于杰克逊维尔的白橡树高中，之后就读于北卡大学系统、位于达勒姆的北卡数理高中。 科赫就读于北卡州立大学，2001年获得电气工程和物理学学士学位。她还拥有该大学的电气工程硕士学位。美国宇航局的奈特在周一的宣布中说，她的工程背景可能会在阿尔忒弥斯2号任务中派上用场。 他说:“作为机组人员中唯一的专业工程师，我知道当需要修理飞船上的东西时，任务控制中心会叫谁来。 科赫是北卡州立大学第一位进入太空的毕业生。她在2020年的大学虚拟毕业典礼上发表了讲话，并获得了荣誉博士学位。 科赫于2013年被选为美国宇航局第21届宇航员班的8名成员之一，然后在2015年完成了宇航员候选人培训。2018年，她接受第一次太空飞行任务，在2019年3月发射的国际空间站上执行长时间的任务。 在这次任务中，科赫在推特上发布了一张从太空拍摄的外班克斯群岛（Outbanks）的照片，展示了她长期以来对摄影的热情和对北卡州的热爱。在这次任务中，她还带了一个代表北卡州立大学的小纪念品，一块印刷电路板，上面刻着戴着宇航员头盔的狼吉祥物。 阿耳忒弥斯2号的任务是什么? 在星期一的宣布会上，4名被选中的宇航员——科赫、美国宇航局的维克多·格洛弗（Victor Glover）和里德·怀斯曼（Reid Wiseman），以及加拿大航天局的杰里米·汉森（Jeremy Hansen）——都对被选中参加阿耳特弥斯2号任务发表了讲话。 科赫说:“我很荣幸来到这里。”她还感谢了宇航员的家人、NASA的同事和管理人员，以及在阿尔忒弥斯2号小组之前出现的“开拓者”。 科赫承认，在执行任务前，她和其他宇航员总是被问及是否“兴奋”。然后她解释了未来任务的细节，包括宇航员将飞往哪里: 科赫说，这次任务将从肯尼迪航天中心开始，由美国宇航局有史以来最强大的火箭送上太空。 她说，宇航员将乘坐火箭进入地球轨道8分钟，不会“马上登月”。 “我们将停留在一个惊人的高轨道上，达到数万英里的峰值，同时测试“猎户座”飞船上的所有系统，甚至看看它是如何在太空中运行的。然后，如果一切顺利，我们将前往月球。” 科赫说，这次旅程将覆盖25万英里，宇航员们将在返回家园之前绕月球背面飞行，“以每小时超过2.5万英里的速度穿过地球大气层，坠入太平洋。” “那么，我兴奋吗?”科赫说，“绝对”。

来源：高分子科学前沿  2023-03-28 软机器人在生物医学工程、手术辅助、主动假肢、伪装和感知技术方面引起了学者的广泛关注。研究人员一直在探索如何使用各种外界刺激对软机器人实现驱动，包括压力、热量、电场、磁场和化学势。在各种类型的刺激中，电刺激是最简便的刺激之一；该类制动器中使用最广泛的是离子或场激活的电活性聚合物。对于一般的电刺激致动器，离子激活过程通常在电解质环境中进行，而场激活则需要高电压（>1kV）。另一种类型的电刺激致动器，热双晶致动器，基于两种材料的热膨胀系数不匹配。由于其可编程操作、重量轻、低致动电压、无电解质以及可远程操作（例如，通过无线充电驱动）等潜力，引起了人们的广泛关注。 鉴于此，北卡州立大学朱勇教授团队提出了一种受毛毛虫启发的双向爬行机器人，该机器人具有多种运动模式，通过在基于液晶弹性体（LCE）的热双晶致动器中对分布式可编程银纳米线（AgNW）加热器进行焦耳加热来实现运动。通过对AgNW的加热模式进行设计和可编程加热，实现了不同的温度分布和曲率分布，导致机器人前端和后端与地面之间的摩擦不同，从而实现双向运动。作者表征了爬行机器人在正向和反向运动中的性能，并展示了其通过狭窄缝隙的能力；还通过实验和有限元分析研究了机器人的运动模式、爬行速度和通过狭窄间隙的能力。该研究以题为“Caterpillar-inspired soft crawling robot with distributed programmable thermal actuation”的论文发表在3月24日出版的《科学进展》（Science Advances）上，并作为Science头条报道。 自然界中的毛毛虫可进行双向运动。在向前运动的过程中，毛毛虫在固定前部的同时收缩一些后部，使尾部向前移动，在后部产生一个特征性的隆起。随后，它在锚固终端尖端的同时释放隆起。整个躯体再次变平，实现向前移动一步（图1A）。在反向运动过程中，毛毛虫将末端固定在地面上，然后身体中部剧烈收缩，使整个身体向上拱起。然后，在固定前部的同时，躯体释放隆起，再次变平并向后移动一步（图1B）。实现双向运动的关键是控制身体弯曲。图1C和D展示了当不同的加热通道（或模式）被加热时，爬行机器人的正向和反向运动。当加热器关闭时，弯曲的双晶片结构的松弛使致动器向前或向后完成一个运动周期。 爬行机器人的制造过程如图2A所示。作者使用导电性优异和柔顺性良好AgNWs作为加热元件，嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质的表面下方。爬行机器人是一种双晶结构，在LCE的顶部层压了AgNW/PDMS和炭黑（CB）复合膜。AgNW图案是通过在掩模的硅衬底上滴注AgNW溶液来实现成型。炭黑粉末掺杂在PDMS前体内部以提高热导率。然后，将液体PDMS/CB复合物滴在AgNW网络的顶部并固化。AgNW网络半嵌入PDMS/CB基质的表面之下（图2B）。AgNW/PDMS/CB复合膜和LCE带之间的强结合是通过等离子体处理和机械压力实现的。 机器人的运动模式和爬行速度 该机器人具有前进和后退两种运动模式。图3A展示了机器人的向前运动模式。当致动器A（机器人的左半部）的通道1被激活（正向模式）时，致动器A开始拱起，并导致左端和右端（fA和fB）之间的摩擦竞争。由于弧形的不对称性，左端向右滑动，而右端保持静止。当电源关闭时，不对称弧形的松弛导致摩擦力fA和fB同时切换方向，并开始新的竞争。这一次，fB首先达到滑动摩擦并开始向右移动，而左端被锚定，直到整个机器人返回到初始平坦状态。类似地，图3B展示了当致动器A的通道2被激活时致动器A的反向运动模式。在反向模式下，机器人的更多中间部分被抬起，在右端和地面之间留下较小的接触面积。与地面接触面积的差异导致了相反的摩擦竞争结果。 爬行机器人的运动速度（在正向模式和反向模式下），是施加电流（从5到30mA）和致动频率（从0.064到0.264Hz）的函数（图4）。当施加的电流增加时，正向和反向模式的速度都会增加（图4，A和B）。然而，就速度与频率的关系而言（图4D），运动速度首先随着致动频率的增加而增加，但随后降低。当它达到最大值时，频率的进一步增加会降低运动速度。这是由于在每个致动循环期间存在所需的最小加热和冷却时间。当致动频率低时，运动速度低。然而，当频率过高时，在每个循环内，冷却时间太短，爬行机器人无法再次变平，甚至加热时间不足以达到目标曲率。因此，运动速度下降。 爬行机器人可穿过狭窄缝隙 最后，作者展示了该爬行机器人可穿过高度比机器人低得多的狭小缝隙。图5A为爬行机器人运动的侧视图。由于两个致动器的对称性，该致动器转换以及模式转换不会改变整个装置的移动方向。通过重叠整个运动过程中所有照片，可以观察到一个包络线轮廓（图5B中的虚线）。该轮廓可以揭示了爬行机器人可通过的障碍物的几何尺寸。具体地，作者设置了一个高度仅为3毫米、长度为30毫米的受限隧道。通过结合两种运动模式，机器人能穿过该封闭隧道并返回初始位置（图5D）。这种能通过小型受限空间向前和向后移动的能力在搜索和救援等许多应用中具有很大的潜力。 小结： 该工作设计并制造了一种模仿毛毛虫、具有双向运动能力的高效爬行机器人。该机器人的运动行为是基于液晶弹性体热双晶致动器中银纳米线网络组成的图案化柔性加热器的焦耳热效应。通过设计银纳米线加热图案的焦耳热效应，可实现对不同致动模式的控制。机器人的运动原理是通过设计加热模式和可编程加热，实现不同的温度和曲率分布，从而引起前端和后端与地面之间的摩擦差异。作者对运动模式的摩擦机理进行了有限元分析，与实验结果吻合较好。为了展示爬行机器人的潜在应用，作者展示了机器人通过狭窄缝隙的能力。采用热响应材料的分布式和可编程加热策略可以为智能和多功能软机器人提供前所未有的功能。 文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf8014