爆米花原料天然可食用，成本廉价，具有在施加热量时以高的力量快速膨胀的潜力。尽管这种转变是不可逆转的，但它具有应用于机器人的潜力。由于颗粒可以从常规形状变为（更大）不规则形状，康奈尔大学研究团队检查颗粒间摩擦的变化，并提出它们在堵塞致动器中作为颗粒流体的用途，而不需要真空泵。此外，作为概念验证，还展示了在柔软，柔顺和刚性连接夹具中使用爆米花驱动的驱动。作为首次将爆米花引入机器人的技术，希望本文能够激发多功能设计的新机制。

为什么要用爆米花为制动器供电？未爆过的爆米花原料作为存储的机械能量的小块，当核心被加热时，能量可以被释放并转化为力和运动。这是一个非常有用的属性，即使它只能做一次，爆米花超级便宜，不仅可生物降解而且可食用。

爆米花中的“爆裂”发生在施加足够的热量以蒸发核内的水分时。超过900千帕的内部压力导致内核内的美味粘液通过壳体爆炸，膨胀，然后干燥。相对于原始内核的大小，弹出的爆米花的体积增加了至少五倍，尽管它可以更多，这取决于内核的加热方式。由于这种可变性，这项研究的第一步是正确塑造爆米花，康奈尔集体体验智能实验室的研究人员做到了这一点。他们使用热油，热空气，微波炉加热每种类型，并用镍铬合金电阻丝直接加热。小白心的爆米花最便宜，每公斤4.80美元，平均膨胀率最高，在微波炉中爆炸时爆炸成原始尺寸的15.7倍。

以下是研究人员建议爆米花在机器人环境中可能有用的内容：

• 干扰制动器，它是兼容的制动器，充满颗粒状流体（例如咖啡渣），将自身粘合并在压缩时变硬，通常是通过真空来实现。如果使用爆米花颗粒作为颗粒状液体，弹出它们会使制动器变硬。这是不可逆转的，但却是有效的：在一项实验中，研究人员能够使用装有36粒爆米花的干扰执行器，以便在弹出时提升100克重量。


• 弹性体制动器。这是由弹性材料制成的中空管，该弹性材料在一个方向上受约束，使得如果管膨胀，它将弯曲。通常，这些软质执行器都是用空气充气的，但你也可以用爆米花来做，研究人员可以使用三个这样的制动器来制作一种可以抓住球的三指手。


• 折纸制动器。与弹性体制动器一样，折纸制动器在一个维度上被约束为在它们膨胀时卷曲，但折纸结构允许这种约束在折叠时被构建到致动器的结构中。研究人员使用回收的Newman's Own有机爆米花袋制作折纸制动器，80克爆裂的内核能够举起4公斤的壶铃。


• 刚性夹持器。爆米花可以间接地用作电源，方法是将未加工的谷粒放在两个板之间的柔性容器中，并将电线连接到它们之间。当爆米花爆裂时，板被迫分开，拉动电线。这可以用来驱动你想要的任何东西，包括一个抓手。

通过使用空气而不是爆米花，你可以完全可逆地完成大部分这些事情。但是，使用空气涉及一堆其他复杂的硬件，而爆米花只需加热即可工作。爆米花也更容易整合到可生物降解的机器人中（DARPA一直致力于此），并且它非常便宜。最好不要将爆米花制动器直接与其他类型的机器人制动器进行比较，而是想象一下廉价或一次性机器人需要可靠的一次性制动器，打开或部署某些东西的情况。

[video width="1280" height="720" mp4="https://www.atyun.com/uploadfile/2018/07/Popcorn-Driven-Robotic-Actuators.mp4"][/video]

IEEE对康奈尔大学研究员Steven Ceron进行了采访：

Q：您从哪里获得了以所有这些不同方式使用爆米花的想法？为什么你认为之前没有人尝试过这个？

A：我的顾问Kirstin Petersen实际上是在我加入实验室前几周提出这个想法的人，她正在考虑一种新型的软兼容制动器，它可以进行生物降解并且在机械方面有很大的变化。对于可生物降解的制动器来说，这绝对是一个新概念，乍一看，使用像爆米花一样随机的东西似乎很怪异，但正如我们在论文中所展示的那样，机械性能在启动时会发生剧烈变化，膨胀可能会非常大，而这些特征讲师我们的优势。

Q：不同品种的爆米花的未爆发和爆裂过的特征之间存在多大差异？这会如何影响爆米花在机器人中的最佳使用方式？

A：弹出不同类型的内核需要大约相同的温度。然而，弹出内核的最终尺寸可以根据加热方法而显着变化。例如，使用我们目前的设置将热空气引导到爆米花颗粒中，我们得到的体积膨胀比约为5，但是使用微波炉，我们可以达到原始体积的15倍。膨胀量也将影响内核弹出时施加的力的大小，因此这意味着我们可以通过选择加热方法对施加的力进行控制。

Q：有哪些潜在的应用，爆米花的状态变化不可逆转的性质不会成为问题？

A：我们可以想象一种情况，我们需要一个隔离的腔室首先是空心的，然后必须填充一种材料，例如，可以用作隔热材料。颗粒能够作为颗粒流体流入所需位置，然后在室内加热时弹出。如果需要清空腔室，那么我们可以简单地将水流过它以溶解爆米花并将其推出。

Q：你说想要设计“独立爆米花驱动的机器人”，能描述一下这些机器人的工作原理，它们的外观以及它们能做什么吗？

A：我们已经想到了不同的可能性，但一个有趣的演示将是一个小型机器人，可以容纳一个核心的填充室。机器人能够快速局部加热单个内核并将其推出机器人，同时用弹出的内核填充开放区域并向前推进机器人。我们将能够填充空的隔离空间（可能用于隔热，或增加结构支撑），而无需打开该区域。

Q：该论文对ICRA有何回应？

A：人们真正对这个主题感兴趣，以及这种新型机器人制动器的可能应用是什么。这绝对是同类产品中的第一件作品，因此我们真的希望在开发新型制动器和机器人设备时，它会激励其他人考虑非传统材料，甚至是像爆米花那样随意的材料。

Q：你下一步将做什么？

A：当我第一次到达彼得森教授的实验室时，我做了这项工作，所以我一直在探索整个领域的不同项目。我现在正在研究如何利用软机器人中的具体智能和适应性来降低大型机器人所需的成本和控制的复杂性。