章鱼Octobot诞生：软体机器人大有可为
文/毛小北
嘿，还记得终结者电影中那个可以随意弯曲的机器人吗，如果他出现在现实世界将会是什么样子？当然，电影里的机器人很难真的走进我们的现实生活，但功能类似的机器人却真的实打实地出现了，他们被称为“软体机器人”。
近日，一只外表类似“章鱼”的机器人成功吸引了人们的眼球。它是由美国科学技术研发的，第一款全部由柔性零件组成的全自动、自带燃料、自力更生的软体机器人，取名Octobot。
据介绍，Octobot由硅橡胶制成，其控制系统是一款柔性微流体芯片，内部的阀门和开关由压力激活，引导液态燃料流过“身体”，从而控制8只“爪子”的动作。因为软体机器人的结构和材料是非线性的，且拥有高自由度，这导致了机器人的动作任务比刚性机器人更加复杂，对算法和控制系统的要求非常高。
那么，软体机器人相比刚性机器人是否功能更加强大？软体机器人目前处在哪个阶段，未来发展可应用在哪些领域？带着这样的问题，我们来略窥一二。
功能强大 成本低廉
软体机器人就是一种柔性机器人，它的模型大多来自于自然界的软体生物，如机器蛇、海洋水生动物机器人等。软体机器人与刚性机器人谁更强大？想找出一个合适的答案似乎很难，因为他们本身的应用方向就不尽相同。
从它们的定义就能看出，软体机器人更加柔软，其制作材料主要是柔性的材料，而不是传统的刚性连接器和外壳。比如Octobot，他的身体可以随意弯曲变形，并且短小精干，身体可以承担相当于自己体重10倍的物品。
此外，因为软体机器人的结构和材料是非线性的，且拥有高自由度，这导致了机器人的动作任务比刚性机器人更加复杂，对算法的要求非常高。目前，形态计算就是一个研究方向，它能实现多样的物理模型。可以这么理解，形态计算就是机器人的身体可以实现计算任务，不需要外部算法。
软体机器人运动原理也很特殊，整个机器人并不需要用传统的马达等动力装置驱动，目前针对软体机器人的驱动研究主要分为两个方向：第一个方法是模仿人或者动物的肌肉来做动作；第二种就是利用环境的变化来获取动力，如温度、空气以及光照等方式。
来自波兰华沙大学物理学院的研究人员就成功研发一款由液晶弹性体（LCEs）制成的软体机器人，LCEs暴露在可见光下时会发生形状的改变。如果感受到外界的光源，其形状就会发生改变，变成履带一样。有了光的照射其身体也会相应地收缩，进而推动身体进行移动。想想看，仅需要阳光就能活动的机器人是不是很酷？
软体机器人相比刚性机器人有很多优势，它可以更好地适应各种环境，受到外界冲击后也不会产生大的伤害，在空间狭小、非结构化环境下都可以完成复杂的任务。这样的特殊性使其可以很好地应用在救援、医学等领域，甚至武装一下，他们还可以去从事间谍活动。
而最难能可贵的是，软体机器人功能强大，但制作成本却较为低廉，这主要归功于其材料可以用3D打印等方式来生产，这样成本就会比传统的液压机器人低得多。
核心技术待突破
虽然软体机器人的强大让科学家们神往，但各种需要解决的问题也随之而来。比如，想要制造出能替代电池、电路等刚性部件的柔性零件就非常困难。虽然目前对此问题的研究已经初见成效，但今后如何改良仍旧是科研人员需要持续不断研究的课题。
新研制出的“章鱼机器人”由硅橡胶制成，其“大脑”是一款柔性微流体芯片，内部的阀门和开关由压力激活，引导液态燃料流过“身体”，从而控制8只“爪子”的动作。该研究的领导者之一、哈佛大学工程师罗伯特·伍德说：“它类似一个普通电路，只不过不是传递电子，而是传递液体和气体。”
为制造“章鱼机器人”的身体，研究人员将硅橡胶倾倒入一个章鱼形状的模具中，接着用3D打印机朝其中注入特殊墨水，随后通过加热来矫正其结构，并使墨水蒸发——在机器人的爪子内部留下一个中空的网络并同“大脑”相连，机器人的“大脑”通过这个中空管道同爪子“交谈”。虽然看起来每一步都很简单，但只要稍有差错，我们的Octobot就可能会变成一具极具观赏性的“尸体”。
目前，这款章鱼机器人能活动大约8分钟，消耗的燃料为1毫升。伍德说，他们并没有设计让这款机器人执行特定的任务，它也不能模拟真正章鱼的“一举一动”，它只不过证实了这一技术可行。
研究人员表示，未来他们将进一步提高微流体电路的复杂程度，使其更耐用；而且改进“爪子”设计的方法，让其能更好地运动。如此一来，得到的软体机器人或能实现更复杂的运动。
美国康奈尔大学的材料工程师罗伯特·谢普德对《自然》杂志说：“现在，我们需要解决的问题是，如何对机器人重新编程，让其执行不同的运动并对环境做出反应，而不仅仅是执行预编程的指令序列。”谢普德目前专注于研究是否能让效率更高的微流体电路同柔性传感器相结合，从而制造出更智能、更能适应环境的软体机器人。
可以这么说，软体机器人与刚性机器人相比，前者比后者更考验制作者精度和科研技术，而后者由于技术已经较为成熟，所以对在技术上面临的困难相对较轻，但在制作成本上却比前者高出很多。
任何一项技术都需要从不成熟向成熟慢慢转变，软体机器人可以从事许多刚性机器人无法从事的工作，其前景大有可为，在解决技术上面临的问题之后，软体机器人将会迎来全面发展的时代。
责任编辑：李坚 SF163
