憑借其速度和低運輸成本，車(chē)輪是機器人運動(dòng)的有利選擇。然而，車(chē)輪不能輕易地越過(guò)大障礙物，從而限制了它們在某些環(huán)境中的使用。近期Science Robotics發(fā)表的封面論文，Lee等人開(kāi)發(fā)了一種剛度可調的輪子，可以實(shí)時(shí)改變，在平坦的地面上呈現出堅硬的圓形，在大障礙物上呈現出柔軟的、可變形的形狀。車(chē)輪外側的智能鏈條結構通過(guò)輻條結構連接到中心輪轂。輻條中的張力可以調整以適應車(chē)輪的剛度，從而允許車(chē)輪在可變的地形上移動(dòng)。車(chē)輪功能在四輪車(chē)輛和兩輪輪椅系統中得到了展示。

這是一個(gè)受液滴表面張力啟發(fā)的可變剛度輪。在液滴中，隨著(zhù)最外層液體分子的內聚力的增加，將液體分子向內拉的凈力也增加。這導致高表面張力，導致液滴從引力引起的扭曲形狀恢復為圓形。同樣，車(chē)輪的形狀和剛度是通過(guò)改變最外層智能鏈塊的牽引力來(lái)控制的。隨著(zhù)連接到每個(gè)鏈塊的鋼絲輻條張力的增加，車(chē)輪特性反映了一般圓剛輪的特性，這在正常平坦地面上的高速運動(dòng)中具有優(yōu)勢。相反，隨著(zhù)線(xiàn)輻條張力的減小，車(chē)輪的模量減小，并且根據障礙物的形狀，車(chē)輪容易變形。這使得輪子適合克服障礙物，而不需要復雜的控制或傳感系統。在此機理的基礎上，將輪子應用于重達120 kg的兩輪輪椅系統，實(shí)時(shí)實(shí)現了輪椅在室外環(huán)境中駕駛時(shí)，圓形高模量狀態(tài)和可變形低模量狀態(tài)的狀態(tài)轉換。

主要技術(shù)方法1.靈感來(lái)源：設計靈感來(lái)自于液滴的表面張力，液滴在外界作用力下能夠通過(guò)表面張力恢復其形狀，類(lèi)似地，輪子通過(guò)改變其剛度來(lái)適應不同的地形。

2.可變剛度機制：通過(guò)改變連接到輪子最外層智能鏈塊（smart chain block）的牽引力（即改變牽引線(xiàn)張力），來(lái)控制輪子的形狀和剛度。

3.智能鏈結構：輪子的智能鏈結構由一系列鏈塊組成，通過(guò)改變牽引線(xiàn)的張力，可以改變這些鏈塊的緊密程度，從而改變輪子的剛度。

4.實(shí)時(shí)狀態(tài)轉換：輪子能夠實(shí)現在高剛度狀態(tài)（適合平坦地面高速運動(dòng)）和低剛度狀態(tài)（易于變形以適應障礙物）之間的實(shí)時(shí)轉換。

5.實(shí)驗系統：開(kāi)發(fā)了一個(gè)實(shí)驗系統來(lái)評估輪子的基本特性，包括使用負載傳感器和激光位移傳感器來(lái)測量輪子的反應力和位置。

實(shí)驗結果1.剛度變化驗證：實(shí)驗結果顯示，通過(guò)改變輪轂間隙距離（hub-gap distance），輪子的剛度可以顯著(zhù)變化，從而影響其變形高度。

2.障礙物克服能力：輪子成功演示了在遇到障礙物時(shí)降低剛度以適應其形狀，并在通過(guò)障礙后恢復高剛度狀態(tài)的能力。

3.車(chē)輛系統演示：將這種輪子應用于四輪車(chē)和兩輪輪椅系統，證明了其在實(shí)際載重和戶(hù)外環(huán)境中的實(shí)用性和有效性。

4.穩定性和牽引力：在不同載荷下測試了輪子的穩定性和牽引力，確保了其在不同條件下的性能。

5.高速行駛評估：在高速行駛條件下，評估了輪子的振動(dòng)特性，確保了其在實(shí)際應用中的可靠性。