提到機(jī)器人，人們?cè)缫巡辉倌吧?。機(jī)器人不僅可以代替人們進(jìn)行工作，還可在惡劣、危險(xiǎn)的自然環(huán)境或重復(fù)勞動(dòng)中發(fā)揮自身特殊的作用。當(dāng)前，我們?cè)诠I(yè)流水線等領(lǐng)域看到的機(jī)械臂、機(jī)器人，一般都是傳統(tǒng)意義上有著堅(jiān)硬外殼和剛性連接器的剛性機(jī)器人。考慮到剛性機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)有限，科學(xué)家們從軟體動(dòng)物中不斷汲取靈感，并已開始將研究視角聚焦于軟體機(jī)器人層面。

從“鐵憨憨”到“可愛軟萌”的軟體機(jī)器人

長(zhǎng)期以來，人們對(duì)于機(jī)器人的固有印象還停留在硬邦邦的“鐵憨憨”形象上。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷迭代，研發(fā)領(lǐng)域持續(xù)推陳出新，機(jī)器人外形正呈現(xiàn)出“軟萌化”的發(fā)展態(tài)勢(shì)。2024年2月，豐田研究所發(fā)布了一項(xiàng)最新研究成果——軟體機(jī)器人“普尼奧”?！捌漳釆W”最顯著的特點(diǎn)在于其柔軟且富有彈性的軟體機(jī)器人的屬性。這一新型機(jī)器人的胸部、雙臂和雙手結(jié)構(gòu)都被柔性材料所覆蓋，并配以尖端的觸覺傳感器件，以感知任何接觸其表面的物體。機(jī)器人在人類社會(huì)及其與人的互動(dòng)中，觸覺感知與適宜交互尤為重要。柔性結(jié)構(gòu)的存在，賦予了軟體機(jī)器人貼合和適應(yīng)被抓握物體輪廓的能力，從而在增強(qiáng)摩擦力、穩(wěn)定性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了更為均勻的握持力度的分布。

如果我們仔細(xì)觀察軟體機(jī)器人的手臂便可發(fā)現(xiàn)，從其肩膀一直到手腕覆蓋著一個(gè)又一個(gè)的氣泡，每條手臂上各有13個(gè)，類似于人類手臂骨骼上所包裹的肌肉。這些氣泡都是通過模壓熱封的方式，由PVC材料所制成。軟體機(jī)器人的手腕部分是一個(gè)較大的氣泡，大臂、小臂則各由6個(gè)稍小的環(huán)形結(jié)構(gòu)氣泡所構(gòu)成。每個(gè)氣泡分別帶有兩個(gè)獨(dú)立內(nèi)腔，并通過導(dǎo)管和壓力傳感器相連接，以探測(cè)施加在氣泡表面的外力作用。軟體機(jī)器人手臂上的每個(gè)氣泡，都可單獨(dú)調(diào)節(jié)增壓至合適壓力，并為手臂表面提供一定厚度的柔性層與最佳的剛度。此外，軟體機(jī)器人還“穿”著類似柔軟毛衣的織物套筒，能夠?qū)⑹直弁耆趦?nèi)。這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅解決了導(dǎo)管的交雜纏繞問題，還能有效保護(hù)手臂上覆蓋的氣泡結(jié)構(gòu)。

不過，作為軟體機(jī)器人的“普尼奧”，在柔性外表下，依然有著一顆“堅(jiān)強(qiáng)”的心——其手臂、軀干和腰部均系硬質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家們將軟體機(jī)器人的抗沖擊性、柔順性和簡(jiǎn)潔的傳感模式等優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)剛性機(jī)器人的力量、可靠性和精準(zhǔn)性等特點(diǎn)有機(jī)融合。在科學(xué)家的遠(yuǎn)程操作訓(xùn)練下，這一軟體機(jī)器人可以像人類一樣，不僅能使用雙手來勞作，還會(huì)充分利用手臂、胸部、肩膀等柔性區(qū)域來協(xié)同搬拿、扛舉大宗物品。

軟體機(jī)器人的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

意大利技術(shù)研究院（IIT）的研究人員通過對(duì)自然界中的蚯蚓運(yùn)動(dòng)力學(xué)的深入剖析，研發(fā)出了一款專門的軟體機(jī)器人。該柔性機(jī)器人由5個(gè)串聯(lián)的制動(dòng)器模塊所組成，全長(zhǎng)0.45米，重0.6千克。表面覆蓋有柔軟的“彈性皮膚”，并封裝有流體物質(zhì)，以模仿蚯蚓的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)空氣進(jìn)入或抽出時(shí)，柔性機(jī)器人即會(huì)被拉長(zhǎng)或壓縮，軟性材料交替收縮產(chǎn)生逆行蠕動(dòng)波，從而以蠕動(dòng)爬行的形式來前行。

一方面，基于軟體生物結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計(jì)，軟體機(jī)器人相比傳統(tǒng)剛性機(jī)器人有著更大的變形能力和自由程度；另一方面，軟體機(jī)器人的制作材料，多為可產(chǎn)生較大應(yīng)變的柔軟彈性材料，能夠借助自身形狀的連續(xù)變化來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。這也使得軟體機(jī)器人具有對(duì)目標(biāo)物適應(yīng)性強(qiáng)、與環(huán)境接觸碰撞力小等優(yōu)勢(shì)。其不僅可以進(jìn)入極為狹小的空間范圍，還可根據(jù)實(shí)際環(huán)境情形而任意變形、壓縮。

前述獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的存在，令軟體機(jī)器人在搜索、救援、航天等領(lǐng)域都有著極為廣闊的應(yīng)用前景。在災(zāi)難救援方面，軟體機(jī)器人可鉆入各類特殊、危險(xiǎn)環(huán)境中尋找傷者，并提供專業(yè)幫助。此外，科學(xué)家們還嘗試?yán)密涹w機(jī)器人在狹小空間內(nèi)運(yùn)行的特點(diǎn)，拓展其在航天器、空間站內(nèi)部設(shè)備運(yùn)維和操作等任務(wù)中的新興應(yīng)用。

軟體機(jī)器人的可生物降解人造肌肉

同傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人一樣，軟體機(jī)器人同樣有著使用壽命的期限。當(dāng)軟體機(jī)器人達(dá)到使用上限后，其制作材料會(huì)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響呢？在綠色技術(shù)的加持下，科研家們研發(fā)出了一種用于軟體機(jī)器人的可生物降解人造肌肉。這種材料在達(dá)到使用上限后，并不需要長(zhǎng)期填埋，只需放入堆肥箱內(nèi)6個(gè)月左右，即可實(shí)現(xiàn)完全意義上的生物降解，并成為植物生長(zhǎng)所需的肥料。

基于高彈材料所制成的生物降解人造肌肉，類似于充滿油的塑料容器，被一對(duì)電極所覆蓋，通過電極上施加電壓的收縮和放松，以達(dá)到同人體自然肌肉一樣的拉伸效果。由于油和塑料容器都是電的絕緣體，可承受帶電電極所產(chǎn)生的高電應(yīng)力。

人造肌肉的可生物降解性特點(diǎn)，使得該材料即便在人體內(nèi)，亦可安全分解，從而大大減少了潛在的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)問題。同時(shí)，這一可生物降解人造肌肉，還有可能會(huì)對(duì)涉及臨床醫(yī)療等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域帶來極大影響，如：選擇該材料來制作植入人體的可降解心臟起搏器，可為心臟疾病患者提供更為安全、可靠的診療選擇。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com