多篇研究论文登上科学期刊，科幻电影里的软体机器人将成现实？
- 2021/12/14 10:13:41 16027
- 来源：镁客网
【仪表网 仪表下游】在动画《超能陆战队》里，一个名为大白的机器人成功骗走了观众们的眼泪。
靠着柔软的身体，身为机器人的大白也可以给主角带来温暖的拥抱。
回到现实里，绝大多数机器人都是一副金属的身躯，只能进行机械式的动作。
但随着科技的发展，软体机器人正慢慢成熟，未来的机器人也能像电影作品里一样变得“温柔”。
用“柔软的血肉”取代“钢筋铁骨”
想要把机器人变得“柔软”，首先要从材料上入手。
目前，绝大多数机器人都是基于金属制造的刚性结构，这一类机器人寿命长、比较稳定，制造门槛也越来越低。
但正如开头说得那样，自身的材料属性限制了刚性机器人的应用场景。
例如在深海、洞穴、高山等恶劣环境下，刚性机器人很难灵活适应特殊情况，在压力下材质就会变形；而在医院、工厂等场景下，刚性机器人很难最大程度发挥自身特点。
软体机器人的出现，本质是希望从材料上让机器人更加“柔和多变”，像人一样进行工作。
早期，软体机器人大多选择硅胶材质浇筑而成，在上世纪80年代末期，日本冈山大学软体机器人实验室成功研制一种硅胶机械手，该机械手利用气体压缩的原理进行机械驱动，可以进行简单的抓取操作，开创了柔性机器手的先河。
到了2011年，哈佛大学著名化学家George M. Whitesides(乔治·怀特塞兹)带领的研究小组从乌贼、海星以及其它无脊椎动物获得启发，研制了一种有四只“脚”的小型软体机器人，这种机器人可以像蠕虫一样在非常狭窄的空间里进行活动。这项发明结合了前几代软体机器人的特点，可以准确抓取各类产品。
这项发明，成功登上了当年的《科学》杂志，也基本奠定了软体机器人的发展路线。
此后，软体机器人的材料主要是在硅胶材质的基础上进行改进。例如意大利Biorotics团队就在硅胶材质的技术上加入了沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成了全新的SMA(Stone Matrix Asphalt)结构，增加了柔性触手的抓取力。
另外一些研究团队将聚乳酸、聚酯等材质运用在机器人上，从而延长寿命。
总之，柔性机器人的进步离不开新材料的发展，当前柔性可穿戴技术，同样可以看作柔性机器人发展的一个缩影。
如何让机器人动起来？
软体机器人另一个需要解决的难题，是如何将柔软的身体动起来。
在依靠材料搭建完基体之后，机器人还要依靠驱动器(执行器)来运作，但目前软体机器人的体内依然是刚性驱动器。这就导致如今的软体机器人更像是“披着硅胶的刚性机器人”。
如果想制作真正的“全软体机器人”，那么需要着手改进机器人的驱动器。
科学家们给出的解决方案很多，目前最主流的方法是依靠流体物理学的基本规则，给软体机器人创建执行器。
2016年，来自哈佛大学仿生机器人实验室Wehner团队自主研发的软体机器人Octobot成功登上《Nature》杂志，该机器人利用流体驱动的方式前行，动力全靠化学反应，全身上下没有一处刚性材料。
这种奇特的思路不同于以往的固体或是液体驱动，更符合软体机器人的特点。
就在近期，普林斯顿大学化学与生物工程系的团队再次将流体驱动的方式完善，创立一种“吹气球”似的泡泡铸造技术。
简单来说，就是在制造过程中，使用管状物或螺旋状物将空气泵入液态聚合物中。
通过控制相关因素，例如涂在模具上的弹性体的厚度、弹性体沉降到底部的速度、以及液态聚合物固化所需的时间等，从而控制机器人的动作。
虽然这种结构远远称不上机器人，但它给软体机器人的建造带来了新思路，完全可以取代刚性驱动器，并且其几乎0成本的锻造技术可以大大降低制造成本。
软体机器人商业化开始百花齐放
可以看到，随着技术上成熟，关于软体机器人的商业化进程也被提上日程，大批软体机器人制造商如雨后春笋般出现。
例如脱胎自北航的北京软体机器人科技有限公司(SRT)，目前已经成长为中国软体机器人的代表企业。旗下的柔性夹爪-N系列产品在精度、寿命等做到全球领先水平，解决了工业领域异形易损物品的抓取搬运难题。
SRT向镁客网介绍道，柔性夹爪的抓取动作类比人的手指并且能自动包裹产品，适用于食品、汽车、日化、医疗、3C电子等诸多领域，可集成至智能装配、自动分拣、物流仓储和食品加工流水线，也可作为科研实验设备、智能娱乐设备或服务型机器人的功能性配件，是要求实现智能、无伤、高安全性、高适应性抓取动作客户的理想选择。
此前第三方机构预测，SRT的产品会打破美日厂商的垄断，带领中国在软体机器人领域抢先“登顶”，而目前公司的整体销量早已达到全球第一。
除了柔性抓钩以外，软体机器人在外骨骼方面也大有作为。
2018年，同样来自哈佛大学的Connor Walsh教授研发出一款可穿戴的康复软体机器，其目的是为了帮助残疾人和行动不便的人康复或是作为辅助设备长期穿戴。
这种新设备启发了许多传统外骨骼机器人公司开始加入到软体机器人的研究中来，例如日本的Cyberdyne、美国的Ekso Bionics Holdings等公司，这些老牌机器人企业希望从软体机器人入手，大大减少传统外骨骼的笨重形象。
但目前来说，真正的软体机器人依然停留在实验室阶段，仍有许多问题需要解决。
而从实际应用上来看，软体机器人也并不能完全取代传统刚性机器人，两者互有所长，各自都有擅长的领域。
但可以肯定的是，电影里的“大白”，离我们真的不远了。
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