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爽風(fēng)
在動(dòng)畫《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》里，一個(gè)名為大白的機(jī)器人成功騙走了觀眾們的眼淚。
靠著柔軟的身體，身為機(jī)器人的大白也可以給主角帶來溫暖的擁抱。
回到現(xiàn)實(shí)里，絕大多數(shù)機(jī)器人都是一副金屬的身軀，只能進(jìn)行機(jī)械式的動(dòng)作。
但隨著科技的發(fā)展，軟體機(jī)器人正慢慢成熟，未來的機(jī)器人也能像電影作品里一樣變得“溫柔”。
用“柔軟的血肉”取代“鋼筋鐵骨”
想要把機(jī)器人變得“柔軟”，首先要從材料上入手。
目前，絕大多數(shù)機(jī)器人都是基于金屬制造的剛性結(jié)構(gòu)，這一類機(jī)器人壽命長、比較穩(wěn)定，制造門檻也越來越低。
但正如開頭說得那樣，自身的材料屬性限制了剛性機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景。
例如在深海、洞穴、高山等惡劣環(huán)境下，剛性機(jī)器人很難靈活適應(yīng)特殊情況，在壓力下材質(zhì)就會(huì)變形；而在醫(yī)院、工廠等場(chǎng)景下，剛性機(jī)器人很難最大程度發(fā)揮自身特點(diǎn)。
軟體機(jī)器人的出現(xiàn)，本質(zhì)是希望從材料上讓機(jī)器人更加“柔和多變”，像人一樣進(jìn)行工作。
早期，軟體機(jī)器人大多選擇硅膠材質(zhì)澆筑而成，在上世紀(jì)80年代末期，日本岡山大學(xué)軟體機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室成功研制一種硅膠機(jī)械手，該機(jī)械手利用氣體壓縮的原理進(jìn)行機(jī)械驅(qū)動(dòng)，可以進(jìn)行簡單的抓取操作，開創(chuàng)了柔性機(jī)器手的先河。
到了2011年，哈佛大學(xué)著名化學(xué)家George M. Whitesides(喬治·懷特塞茲)帶領(lǐng)的研究小組從烏賊、海星以及其它無脊椎動(dòng)物獲得啟發(fā)，研制了一種有四只“腳”的小型軟體機(jī)器人，這種機(jī)器人可以像蠕蟲一樣在非常狹窄的空間里進(jìn)行活動(dòng)。這項(xiàng)發(fā)明結(jié)合了前幾代軟體機(jī)器人的特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確抓取各類產(chǎn)品。
這項(xiàng)發(fā)明，成功登上了當(dāng)年的《科學(xué)》雜志，也基本奠定了軟體機(jī)器人的發(fā)展路線。
此后，軟體機(jī)器人的材料主要是在硅膠材質(zhì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。例如意大利Biorotics團(tuán)隊(duì)就在硅膠材質(zhì)的技術(shù)上加入了瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉和少量的細(xì)集料組成了全新的SMA(Stone Matrix Asphalt)結(jié)構(gòu)，增加了柔性觸手的抓取力。
另外一些研究團(tuán)隊(duì)將聚乳酸、聚酯等材質(zhì)運(yùn)用在機(jī)器人上，從而延長壽命。
總之，柔性機(jī)器人的進(jìn)步離不開新材料的發(fā)展，當(dāng)前柔性可穿戴技術(shù)，同樣可以看作柔性機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)縮影。
如何讓機(jī)器人動(dòng)起來？
軟體機(jī)器人另一個(gè)需要解決的難題，是如何將柔軟的身體動(dòng)起來。
在依靠材料搭建完基體之后，機(jī)器人還要依靠驅(qū)動(dòng)器(執(zhí)行器)來運(yùn)作，但目前軟體機(jī)器人的體內(nèi)依然是剛性驅(qū)動(dòng)器。這就導(dǎo)致如今的軟體機(jī)器人更像是“披著硅膠的剛性機(jī)器人”。
如果想制作真正的“全軟體機(jī)器人”，那么需要著手改進(jìn)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器。
科學(xué)家們給出的解決方案很多，目前最主流的方法是依靠流體物理學(xué)的基本規(guī)則，給軟體機(jī)器人創(chuàng)建執(zhí)行器。
2016年，來自哈佛大學(xué)仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室Wehner團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的軟體機(jī)器人Octobot成功登上《Nature》雜志，該機(jī)器人利用流體驅(qū)動(dòng)的方式前行，動(dòng)力全靠化學(xué)反應(yīng)，全身上下沒有一處剛性材料。
這種奇特的思路不同于以往的固體或是液體驅(qū)動(dòng)，更符合軟體機(jī)器人的特點(diǎn)。
就在近期，普林斯頓大學(xué)化學(xué)與生物工程系的團(tuán)隊(duì)再次將流體驅(qū)動(dòng)的方式完善，創(chuàng)立一種“吹氣球”似的泡泡鑄造技術(shù)。
簡單來說，就是在制造過程中，使用管狀物或螺旋狀物將空氣泵入液態(tài)聚合物中。
通過控制相關(guān)因素，例如涂在模具上的彈性體的厚度、彈性體沉降到底部的速度、以及液態(tài)聚合物固化所需的時(shí)間等，從而控制機(jī)器人的動(dòng)作。
雖然這種結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)稱不上機(jī)器人，但它給軟體機(jī)器人的建造帶來了新思路，完全可以取代剛性驅(qū)動(dòng)器，并且其幾乎0成本的鍛造技術(shù)可以大大降低制造成本。
軟體機(jī)器人商業(yè)化開始百花齊放
可以看到，隨著技術(shù)上成熟，關(guān)于軟體機(jī)器人的商業(yè)化進(jìn)程也被提上日程，大批軟體機(jī)器人制造商如雨后春筍般出現(xiàn)。
例如脫胎自北航的北京軟體機(jī)器人科技有限公司(SRT)，目前已經(jīng)成長為中國軟體機(jī)器人的代表企業(yè)。旗下的柔性夾爪-N系列產(chǎn)品在精度、壽命等做到全球領(lǐng)先水平，解決了工業(yè)領(lǐng)域異形易損物品的抓取搬運(yùn)難題。
SRT向鎂客網(wǎng)介紹道，柔性夾爪的抓取動(dòng)作類比人的手指并且能自動(dòng)包裹產(chǎn)品，適用于食品、汽車、日化、醫(yī)療、3C電子等諸多領(lǐng)域，可集成至智能裝配、自動(dòng)分揀、物流倉儲(chǔ)和食品加工流水線，也可作為科研實(shí)驗(yàn)設(shè)備、智能娛樂設(shè)備或服務(wù)型機(jī)器人的功能性配件，是要求實(shí)現(xiàn)智能、無傷、高安全性、高適應(yīng)性抓取動(dòng)作客戶的理想選擇。
此前第三方機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，SRT的產(chǎn)品會(huì)打破美日廠商的壟斷，帶領(lǐng)中國在軟體機(jī)器人領(lǐng)域搶先“登頂”，而目前公司的整體銷量早已達(dá)到全球第一。
除了柔性抓鉤以外，軟體機(jī)器人在外骨骼方面也大有作為。
2018年，同樣來自哈佛大學(xué)的Connor Walsh教授研發(fā)出一款可穿戴的康復(fù)軟體機(jī)器，其目的是為了幫助殘疾人和行動(dòng)不便的人康復(fù)或是作為輔助設(shè)備長期穿戴。
這種新設(shè)備啟發(fā)了許多傳統(tǒng)外骨骼機(jī)器人公司開始加入到軟體機(jī)器人的研究中來，例如日本的Cyberdyne、美國的Ekso Bionics Holdings等公司，這些老牌機(jī)器人企業(yè)希望從軟體機(jī)器人入手，大大減少傳統(tǒng)外骨骼的笨重形象。
但目前來說，真正的軟體機(jī)器人依然停留在實(shí)驗(yàn)室階段，仍有許多問題需要解決。
而從實(shí)際應(yīng)用上來看，軟體機(jī)器人也并不能完全取代傳統(tǒng)剛性機(jī)器人，兩者互有所長，各自都有擅長的領(lǐng)域。
但可以肯定的是，電影里的“大白”，離我們真的不遠(yuǎn)了。
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