機器人通常需要供電才能運動，沒有電就意味著沒有運動，不過，加州理工學院和蘇黎世聯邦理工學院的工程師已開發出能夠在不使用任何電機、伺服系統或電源的情況下自行推進的機器人。這些先進的機器人通過水中的槳來劃動前進的，推動槳運動的開關是一種可以隨溫度變化而變形的材料。

這項研究模糊了材料和機器人之間的界限。在自主裝置中，材料本身使機器發揮作用。論文的第一作者、加州理工學院工程和應用科學系機械工程和應用物理教授Daraio 表示，“我們的例子表明，我們可以使用結構材料變形，以響應環境線索，控制和推動機器人。”該論文發表在5月15日出版的美國國家科學院院刊上。

新的推進系統依賴于一種柔性聚合材料，它遇冷時會卷曲，遇熱時會伸展。聚合物被定位為激活機器人內部的開關，此開關又連接到一排類似于劃艇的槳上。

開關由雙穩態元件制成，該元件可以穩定在兩個不同的幾何形狀中。它由彈性材料條制成，當被聚合物推動時，它會從一個位置卡到另一個位置。

當冷機器人放置在溫水中時，聚合物伸出，激活開關，由此產生的突然釋放的能量使機器人向前移動。聚合物條也可以“被調整”以便在不同的時間給出特定的響應：也就是說，較厚的條相比較薄的條將需要較長時間來預熱，伸展并最終激活它的槳。這種可調節性讓團隊設計能夠以不同速度轉動和移動的機器人。

這項研究是基于加州理工學院航空航天教授Daraio和Dennis Kochmann的前期工作。他們使用雙穩態元件鏈來傳輸信號并建立類似計算機的邏輯門。

在最新的設計版本中，Daraio團隊和合作者能夠將聚合物元素和開關連接起來，從而使四槳機器人向前推進，放下一個小的有效載荷，然后向后劃槳。

PNAS論文的第一作者、加州理工學院博士后學者Osama R. Bilal說，“將簡單的運動結合在一起，我們就能夠將編程嵌入材料中，執行一系列復雜的行為。” 在未來，可以添加更多的功能和響應性，例如使用響應其他環境線索的聚合物，如pH或鹽度。研究人員說，機器人的未來版本可能含有化學物質泄漏，或者尺寸更小的機器人可以遞送藥物。

目前，當雙穩態元件捕捉并釋放它們的能量時，它們必須手動復位以便再次工作。接下來，團隊計劃探索重新設計雙穩態元素的方法，以便當水溫再次變動時，它們可以自我復位，只要水溫度保持波動，它們就可以不停地動作。