中國科學院 周 軍

軟體機器人是采用特殊材料制成，可實現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)和變形的新型韌性機器人。相比于普通剛性機器人，軟體機器人不包含任何電子元件，自帶燃料的同時不需要電池供電，還具有自主運動、靈活變身、巧妙偽裝等一系列超能力，將在生物醫(yī)學、救援探測和軍事作戰(zhàn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要應用。

哈佛大學研制的名為“Octobot”的軟體機器人，自帶運動燃料，可通過調(diào)控內(nèi)部氣體實現(xiàn)自主運動，既不需要連接計算機獲取指令，也不包含任何電子元件，不禁令人嘖嘖稱奇?！癘ctobot”采用 3D打印技術(shù)配合柔性材料制造，因而具備了完全柔軟的“身體”。

軟體機器人采用的材料包括硅膠、液晶等彈性物質(zhì)，具有較高的自由度，不僅可以較好地適應外界環(huán)境，更可在外力作用下巧妙變身。軟體機器人理論上具有無限多自由度，可實現(xiàn)靈活彎曲、扭轉(zhuǎn)，即使遭受到外界撞擊也不會對自身產(chǎn)生大的傷害，因而可在空間狹小、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下完成常人難以完成的復雜任務(wù)。

與使用復雜的電動或氣壓傳動的剛性機器人不同的是，“八爪怪”軟體機器人相當于一個氣動導管，通過內(nèi)部的化學反應產(chǎn)生大量氣體聚集壓縮，并利用氣體的壓強變化實現(xiàn)機械運動。如今，“八爪怪”軟體機器人通過軀體內(nèi)部集成的運動器和控制系統(tǒng)自主運動，真正實現(xiàn)了健步如飛乃至飛檐走壁。

與普通機器人相比，軟體機器人可通過內(nèi)部化學物質(zhì)實現(xiàn)顏色可變與發(fā)光，并可通過充氣增壓和通道膨脹實現(xiàn)快速移動。目前研究的軟體機器人可在30秒內(nèi)迅速變身，一旦完成顏色轉(zhuǎn)換，顏色層就不再需要動力來維持色彩，移動到特定位置后常常與背景難以區(qū)分。同時，一些軟體機器人在設(shè)計之初就巧妙參照了仿生模型外觀，利用3D打印工藝制造出來后簡直可以“以假亂真”，肉眼不仔細觀察真得難以分辨。

軟體機器人可采用3D打印方式制作，成本較低，未來可實現(xiàn)快速大批量生產(chǎn)。由于軟體機器人的動力系統(tǒng)不是依靠傳統(tǒng)的硬質(zhì)電動機或馬達，而是靠類似人類肌肉一樣在受到電刺激情況下會自主運動的高分子材料來實現(xiàn)，因此機體運動能力突出。同時，軟體機器人可抓起自身重量100多倍的物體。

在自然界中，軟體動物廣泛分布在海水、淡水以及陸地上，成為人們研究軟體機器人的重要生物模型?，F(xiàn)有的軟體機器人大多參照自然界中的章魚、海星等軟體生物進行外觀設(shè)置，相似度極高。希臘研究人員利用硅膠樹脂研制出的章魚機器人，放在水中移動時，甚至會有小魚跟在身后游動。美國研究人員研制的軟體機器人具有和毛毛蟲一樣的滾動彈射能力。哈佛大學研制的一種韌性機器人，身子非常柔軟，可像蠕蟲一般在異常狹小的空間里依靠蠕動而活動。歐盟資助的“章魚觸手”項目通過研究章魚本體和觸手的全局協(xié)同運動和控制機理，開發(fā)了可在水下工作的仿生章魚觸手，并形成了一套行之有效的控制方法。

軟體機器人堪稱機器人家族的集大成者。由美國國防部高級研究計劃局和哈佛大學聯(lián)合研制的軟硅膠材料機器人，不僅可通過自身變形穿過狹小的縫隙“無孔不入”，更能牢牢攀附在任何物體表面上，還可通過改變“皮膚色調(diào)”與周圍環(huán)境融為一體。更令人驚嘆的是，這款軟體機器人可在黑暗處發(fā)光并改變自身溫度，而它由于使用模具制造，設(shè)計成本只有不到100美元。

隨著軟體機器人技術(shù)的進一步成熟，未來將在生物醫(yī)學、設(shè)備維修檢測、救援探測和軍事特種作戰(zhàn)以及情報偵察等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。由于自身過于“軟弱”，軟體機器人才得以“以柔克剛”，在受到外界沖擊和破壞時不易損傷，極大增強了其在復雜作戰(zhàn)環(huán)境下的生存能力。同時，由于不具備電子元件，軟體機器人在交錯縱橫的電磁偵察系統(tǒng)下較易躲避各類設(shè)備追蹤。未來，加裝了專業(yè)偵察設(shè)備甚至是作戰(zhàn)武器的軟體機器人，可承擔各類偵察探測任務(wù)，更可出其不意對敵人予以致命一擊。