馬迪

對(duì)一個(gè)80后來(lái)說(shuō)，提起機(jī)器人，我第一個(gè)想到的就是變形金剛，像擎天柱、威震天、大黃蜂那樣，既靈活可變，又鋼筋鐵骨。到后來(lái)的終結(jié)者、機(jī)械公敵、瓦力……這些銀幕上的機(jī)器人形象，無(wú)一不是響當(dāng)當(dāng)、硬邦邦的。直到2015年，全世界認(rèn)識(shí)了《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中的大白。這個(gè)充氣醫(yī)療機(jī)器人有著圓潤(rùn)的線條，像是一只超大號(hào)的氣球，柔軟又溫暖。

這不禁令人思索，機(jī)器人真的只能是堅(jiān)硬結(jié)實(shí)的嗎？或者說(shuō)，如果不使用金屬，我們還能造出機(jī)器人來(lái)嗎？答案是肯定的。

其實(shí)，從本世紀(jì)初開始，研究者一直在尋求使用較軟的材料（而不是常見的金屬和塑料）來(lái)制造機(jī)器人?！败涹w機(jī)器人”領(lǐng)域，目標(biāo)是創(chuàng)造更有彈性、可塑性和安全性的產(chǎn)品。同傳統(tǒng)機(jī)器人相比，它們靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，能更好地適應(yīng)各種環(huán)境，承擔(dān)更大的沖擊力，有望在醫(yī)療、軍事、地質(zhì)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。

為了設(shè)計(jì)真正的軟體機(jī)器人，研究人員煞費(fèi)苦心。大自然是最好的設(shè)計(jì)師，既柔軟又強(qiáng)壯的章魚成了“首席模特”。章魚沒(méi)有內(nèi)外骨骼，八只爪子能靈活地伸向各個(gè)方向，能緊緊地纏繞物體，能自由伸長(zhǎng)或縮短，它甚至還擁有很高的智商—相比于其他的軟體動(dòng)物，章魚的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展的更為完善—當(dāng)然，機(jī)器人設(shè)計(jì)者更關(guān)心的是章魚的身體。

來(lái)自哈佛大學(xué)的Octobot（章魚機(jī)器人）就是世界上第一部真正意義上的軟體機(jī)器人。它的名字取自章魚的octopus和機(jī)器人robot，一眼就能看出其章魚的屬性。它的外形也酷似章魚，只有手掌大小，全身由柔軟的硅膠構(gòu)成，整體呈現(xiàn)半透明甚至完全透明。這樣一目了然、看不見一星半點(diǎn)的螺絲彈簧的機(jī)器人，究竟是怎么動(dòng)起來(lái)的呢？

事實(shí)上，軟體機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程中，最困難的部分就是如何使用軟質(zhì)部件來(lái)替換硬質(zhì)的電池和電子控制系統(tǒng)等部件。在此之前的軟體機(jī)器人都有同樣的問(wèn)題：雖然肢體柔軟，但“心”仍然是硬的—控制系統(tǒng)仍然用常規(guī)泵閥，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也仍然要用剛性連接，并沒(méi)有做到完全的柔軟、靈活。

Octobot就不一樣了，它全身沒(méi)有任何硬質(zhì)部件，不僅軀干，連控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)也使用柔性材料。Octobot屬于氣動(dòng)式機(jī)器人，它的動(dòng)力來(lái)自于一種常見的液體燃料—50%濃度的過(guò)氧化氫溶液。在鉑的催化下，燃料快速生成大量的水和氧氣，膨脹并增加通道內(nèi)的壓強(qiáng)，機(jī)械臂因此舒展。和一般的電子回路相比，Octobot的回路中傳遞的不是電子，而是液體和氣體。

更妙的是，Octobot可以自主完成一系列動(dòng)作（當(dāng)然，動(dòng)作還很簡(jiǎn)單）。也就是說(shuō)，它是真正的自主機(jī)器人—能夠進(jìn)行很好的自我反饋、自我調(diào)整，按照“設(shè)定程序”去活動(dòng)。

Octobot的“大腦”是一個(gè)柔性微流體回路。當(dāng)其中的壓強(qiáng)加大時(shí)，就會(huì)打開一些微閥門，關(guān)上另一些微閥門，令四條腕足充滿氧氣；壓強(qiáng)降低則逆轉(zhuǎn)這個(gè)過(guò)程，系統(tǒng)切換，另外四條腕足也發(fā)生同樣的變形運(yùn)動(dòng)。就這樣系統(tǒng)不斷切換，機(jī)器人的腕足就交替地動(dòng)起來(lái)了。

但目前而言，Octobot還不是一件成熟的產(chǎn)品。添加一次燃料（1毫升）只能維持它大約4-8分鐘的動(dòng)力，自主運(yùn)動(dòng)模式也比較單一，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)自主轉(zhuǎn)向。研究者也承認(rèn)：“我們需要解決的問(wèn)題是，如何對(duì)機(jī)器人重新編程，讓其執(zhí)行不同的運(yùn)動(dòng)并對(duì)環(huán)境做出反應(yīng)，而不僅僅是執(zhí)行預(yù)編程的指令?！?/p>

也就是說(shuō)，Octobot目前只是一種技術(shù)的展示，并沒(méi)有實(shí)際用途。也許你會(huì)認(rèn)為，這樣概念性的軟體機(jī)器人并沒(méi)有什么用。的確，軟體機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和材料是非線性的，且擁有更高的自由度，這意味著動(dòng)作更復(fù)雜，對(duì)算法和控制系統(tǒng)的要求更高。這將耗費(fèi)幾代人的心血。但換個(gè)角度想，一旦將軟性材料的研究提高到一定程度，軟硬材料結(jié)合便能創(chuàng)造出近乎完美的機(jī)器人了—一種更穩(wěn)定、更敏捷、更近似于人的機(jī)器人。

如果想要研制出和人類更接近的機(jī)器人，對(duì)軟體機(jī)器人的研究不可或缺。人體85%都是柔軟柔韌的軟組織，許多能力都依賴于這種“軟”。比如想要握住一只玻璃杯，我們的手指會(huì)適應(yīng)杯子的形狀，如果手指毫無(wú)彈性，抓住這個(gè)玻璃杯難度顯然會(huì)大得多。因此，機(jī)器人能在多大程度上模仿人和人的行為，軟性材料的研究至關(guān)重要。

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家欣喜地發(fā)現(xiàn)，軟體機(jī)器人的時(shí)代似乎終于到來(lái)了。前文提到的Octobot，就是靠3D打印技術(shù)制成，并且價(jià)格低廉—單個(gè)Octobot 所用的全部材料加起來(lái)還不到3美元。成本之低廉令人意想不到，這也將大大降低機(jī)器人的制造成本。

軟體機(jī)器人對(duì)于人類未來(lái)生活的作用將是巨大的，它將能做很多剛性機(jī)器人無(wú)法做到的事情，例如進(jìn)入極狹小、極曲折的復(fù)雜空間，照顧最柔弱的生命體等等。研發(fā)軟體機(jī)器人是該領(lǐng)域的一個(gè)必然趨勢(shì)，但是不管什么時(shí)候，軟體機(jī)器人都不能完全取代剛性機(jī)器人。只要兩種技術(shù)相輔相成，打造完美的機(jī)器人也就不再遙遠(yuǎn)了。