多篇研究論文登上科學(xué)期刊，科幻電影里的「軟體機器人」將成現實(shí)？

或許明年就是軟體機器人真正開(kāi)始爆發(fā)的一年。

在動(dòng)畫(huà)《超能陸戰隊》里，一個(gè)名為大白的機器人成功騙走了觀(guān)眾們的眼淚。

靠著(zhù)柔軟的身體，身為機器人的大白也可以給主角帶來(lái)溫暖的擁抱。

回到現實(shí)里，絕大多數機器人都是一副金屬的身軀，只能進(jìn)行機械式的動(dòng)作。

但隨著(zhù)科技的發(fā)展，軟體機器人正慢慢成熟，未來(lái)的機器人也能像電影作品里一樣變得“溫柔”。

用“柔軟的血肉”取代“鋼筋鐵骨”

想要把機器人變得“柔軟”，首先要從材料上入手。

目前，絕大多數機器人都是基于金屬制造的剛性結構，這一類(lèi)機器人壽命長(cháng)、比較穩定，制造門(mén)檻也越來(lái)越低。

但正如開(kāi)頭說(shuō)得那樣，自身的材料屬性限制了剛性機器人的應用場(chǎng)景。

例如在深海、洞穴、高山等惡劣環(huán)境下，剛性機器人很難靈活適應特殊情況，在壓力下材質(zhì)就會(huì )變形；而在醫院、工廠(chǎng)等場(chǎng)景下，剛性機器人很難最大程度發(fā)揮自身特點(diǎn)。

軟體機器人的出現，本質(zhì)是希望從材料上讓機器人更加“柔和多變”，像人一樣進(jìn)行工作。

早期，軟體機器人大多選擇硅膠材質(zhì)澆筑而成，在上世紀80年代末期，日本岡山大學(xué)軟體機器人實(shí)驗室成功研制一種硅膠機械手，該機械手利用氣體壓縮的原理進(jìn)行機械驅動(dòng)，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的抓取操作，開(kāi)創(chuàng )了柔性機器手的先河。

到了2011年，哈佛大學(xué)著(zhù)名化學(xué)家George M. Whitesides（喬治·懷特塞茲）帶領(lǐng)的研究小組從烏賊、海星以及其它無(wú)脊椎動(dòng)物獲得啟發(fā)，研制了一種有四只“腳”的小型軟體機器人，這種機器人可以像蠕蟲(chóng)一樣在非常狹窄的空間里進(jìn)行活動(dòng)。這項發(fā)明結合了前幾代軟體機器人的特點(diǎn)，可以準確抓取各類(lèi)產(chǎn)品。

這項發(fā)明，成功登上了當年的《科學(xué)》雜志，也基本奠定了軟體機器人的發(fā)展路線(xiàn)。

此后，軟體機器人的材料主要是在硅膠材質(zhì)的基礎上進(jìn)行改進(jìn)。例如意大利Biorotics團隊就在硅膠材質(zhì)的技術(shù)上加入了瀝青、纖維穩定劑、礦粉和少量的細集料組成了全新的SMA（Stone Matrix Asphalt）結構，增加了柔性觸手的抓取力。

另外一些研究團隊將聚乳酸、聚酯等材質(zhì)運用在機器人上，從而延長(cháng)壽命。

總之，柔性機器人的進(jìn)步離不開(kāi)新材料的發(fā)展，當前柔性可穿戴技術(shù)，同樣可以看作柔性機器人發(fā)展的一個(gè)縮影。

如何讓機器人動(dòng)起來(lái)？

軟體機器人另一個(gè)需要解決的難題，是如何將柔軟的身體動(dòng)起來(lái)。

在依靠材料搭建完基體之后，機器人還要依靠驅動(dòng)器（執行器）來(lái)運作，但目前軟體機器人的體內依然是剛性驅動(dòng)器。這就導致如今的軟體機器人更像是“披著(zhù)硅膠的剛性機器人”。

如果想制作真正的“全軟體機器人”，那么需要著(zhù)手改進(jìn)機器人的驅動(dòng)器。

科學(xué)家們給出的解決方案很多，目前最主流的方法是依靠流體物理學(xué)的基本規則，給軟體機器人創(chuàng )建執行器。

2016年，來(lái)自哈佛大學(xué)仿生機器人實(shí)驗室Wehner團隊自主研發(fā)的軟體機器人Octobot成功登上《Nature》雜志，該機器人利用流體驅動(dòng)的方式前行，動(dòng)力全靠化學(xué)反應，全身上下沒(méi)有一處剛性材料。

這種奇特的思路不同于以往的固體或是液體驅動(dòng)，更符合軟體機器人的特點(diǎn)。

就在近期，普林斯頓大學(xué)化學(xué)與生物工程系的團隊再次將流體驅動(dòng)的方式完善，創(chuàng )立一種“吹氣球”似的泡泡鑄造技術(shù)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在制造過(guò)程中，使用管狀物或螺旋狀物將空氣泵入液態(tài)聚合物中。

通過(guò)控制相關(guān)因素，例如涂在模具上的彈性體的厚度、彈性體沉降到底部的速度、以及液態(tài)聚合物固化所需的時(shí)間等，從而控制機器人的動(dòng)作。

雖然這種結構遠遠稱(chēng)不上機器人，但它給軟體機器人的建造帶來(lái)了新思路，完全可以取代剛性驅動(dòng)器，并且其幾乎0成本的鍛造技術(shù)可以大大降低制造成本。

軟體機器人商業(yè)化開(kāi)始百花齊放

可以看到，隨著(zhù)技術(shù)上成熟，關(guān)于軟體機器人的商業(yè)化進(jìn)程也被提上日程，大批軟體機器人制造商如雨后春筍般出現。

例如脫胎自北航的北京軟體機器人科技有限公司（SRT），目前已經(jīng)成長(cháng)為中國軟體機器人的代表企業(yè)。旗下的柔性?shī)A爪-N系列產(chǎn)品在精度、壽命等做到全球領(lǐng)先水平，解決了工業(yè)領(lǐng)域異形易損物品的抓取搬運難題。

SRT向鎂客網(wǎng)介紹道，柔性?shī)A爪的抓取動(dòng)作類(lèi)比人的手指并且能自動(dòng)包裹產(chǎn)品，適用于食品、汽車(chē)、日化、醫療、3C電子等諸多領(lǐng)域，可集成至智能裝配、自動(dòng)分揀、物流倉儲和食品加工流水線(xiàn)，也可作為科研實(shí)驗設備、智能娛樂(lè )設備或服務(wù)型機器人的功能性配件，是要求實(shí)現智能、無(wú)傷、高安全性、高適應性抓取動(dòng)作客戶(hù)的理想選擇。

此前第三方機構預測，SRT的產(chǎn)品會(huì )打破美日廠(chǎng)商的壟斷，帶領(lǐng)中國在軟體機器人領(lǐng)域搶先“登頂”，而目前公司的整體銷(xiāo)量早已達到全球第一。

除了柔性抓鉤以外，軟體機器人在外骨骼方面也大有作為。

2018年，同樣來(lái)自哈佛大學(xué)的Connor Walsh教授研發(fā)出一款可穿戴的康復軟體機器，其目的是為了幫助殘疾人和行動(dòng)不便的人康復或是作為輔助設備長(cháng)期穿戴。

這種新設備啟發(fā)了許多傳統外骨骼機器人公司開(kāi)始加入到軟體機器人的研究中來(lái)，例如日本的Cyberdyne、美國的Ekso Bionics Holdings等公司，這些老牌機器人企業(yè)希望從軟體機器人入手，大大減少傳統外骨骼的笨重形象。

但目前來(lái)說(shuō)，真正的軟體機器人依然停留在實(shí)驗室階段，仍有許多問(wèn)題需要解決。

而從實(shí)際應用上來(lái)看，軟體機器人也并不能完全取代傳統剛性機器人，兩者互有所長(cháng)，各自都有擅長(cháng)的領(lǐng)域。

但可以肯定的是，電影里的“大白”，離我們真的不遠了。

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