当机器人可以生长，皮肤可以愈合......
撰文｜诺拉·布拉德福德（Nora Bradford）
翻译｜曾欣欣
软体机器人通常由精致、柔软的仿生材料制成，具有潜力超越之前笨重、基于金属制成的机器人。例如，它们可以更加敏捷地在其他行星上进行探索，也可以更加轻柔地采集海洋深处的生物，甚至可以成为外科医生的得力助手。但它们的设计却面临着难以应付的挑战，这一直阻碍着它们走出实验室，进入人们的生活。现在，新一代软体机器人正在朝着可以实现导航、生长和自我修复的方向发展，而研究人员对此寄予了厚望。
湿软材料可以让机器人灵活变形以适应不断变化的环境，比如狭窄的隧道。软体机器人还可以用于处理脆弱的对象而不会破坏它们，例如人体器官或脆性岩石。甚至一些硬体机器人也会尝试加入柔性部件，方便它们提升运动性能，例如波士顿动力公司开发的以敏捷著称的步行机器人。在推动软体机器人发展的过程中，很多灵感都来自于生物体所表现出的一些特征，比如章鱼的灵活性或水母较高的含水量。值得一提的是，新设计已经开始追求一些不那么具象的特质了，例如动物般的独立自主性。
“机器人领域一直在关注与机器人自主性有关的科学和工程问题，”美国麻省理工学院的机器人专家和计算机科学家丹妮拉·鲁斯（Daniela Rus）说，“我们已经在软体组件和算法控制方面取得了进步……而且我们正在利用这些进展，制造越来越多更有能力和自主性的软体机器人。”
在独立探索危险地带时，软体机器人比硬体机器人更容易被割伤或刺穿。最近，受人类皮肤自愈特性的启发，一组研究人员开发了一种可自发愈合较小损伤的实验性机器人。这支研究团队在《科学·进展》（Science Advances）杂志上发表文章，描述了他们的研究成果。
“如果可以选择的话，我们期望能够实现这样的机器人：在灵巧地执行任务的同时，连续运行数年。这样一来就会为我们创造很多机会。”美国康奈尔大学的工程师罗伯特·谢泼德（Robert Shepherd，上述研究的共同作者）说，“太空探索是一个很明显的例子。比如在月球上建造科研基地，或者勘测木卫二的海洋。当执行这些远程操作时，机器人会积累损伤，但可能没有外界力量能及时修复它们。”
谢泼德和团队成员设计了一种软体机器人，它不仅可以修复损伤，还无需被告知什么时候需要进行修复。利用光纤传感器，这种机器人可以监测自身材料在什么时候被刺穿，然后使用一种叫做聚氨酯脲弹性体的超弹性材料，快速修复创伤。经过编程后，这种机器人还可以改变移动的方向——这样做的目的是避开可能造成损害的障碍物。研究工作还在继续，未来或许可以进一步扩展修复损伤的方法，填补更大的缺块或洞。
去年，另一支研究团队在《美国科学院院刊》（PNAS）上发表了一项研究，开发出了一种软体机器人，它会像植物或真菌一样“生长”。这种不断生长的机器人或许可以在地下挖洞，或者在其他行星上铺设新的基础设施。但是，为了生长，软体机器人通常需要在后面拖着材料，然后用这些材料3D打印出新结构。美国明尼苏达大学的工程师和材料科学家克里斯托弗·埃利森（Christopher Ellison，上述研究的共同作者）表示，这可能会妨碍机器人工作，就像人拖着花园水管工作时一样。埃利森指出：“在你拖着一根花园水管绕树转弯时，水管阻力就会上升。”而且阻力会随着拐弯的次数持续呈指数增长。
对此，研究人员希望通过植物寻找合适的解决方案。埃利森表示：“它们并不会在身后拖拽更多的根，以此延伸自己的根。”
“它们运输液体，然后将这些液体转化为固体。最终这些固体会用于构成一种结构。”他的团队新开发的机器人可以利用光来固化液体，同时将液体从一个小孔中排出，由此形成一个管状结构——它可以从发射点延伸到任何地方。这种机器人可以随着“管”的生长控制它的形状，使它能够穿过复杂的路径，以此避开前面提到的类似花园水管的问题。或许有一天，机器人会利用这项技术顺利检查地下管道，或者穿过人体组织来进行医学检查。
此外，工程师还在提高软体机器人的传感和运动能力方面取得了重大进展，这将有助于把它们部署在偏远地区。例如，鲁斯的团队最近制造了一个机器人，它的全身遍布了由充满空气的通道构成的网络。它可以通过测量这些通道内的压力变化，确定身体的不同部位在空间中的位置，这类似于人类的本体感觉。其他研究团队也尝试了多种办法，希望机器人实现更流畅的运动和更精确的感知功能，这其中包括使用各种传感器、人造肌肉和机器学习技术。创造出能够独立工作、自我修复和自主生长的软体机器人，可能会改变人类生活的许多方面。鲁斯表示：“柔软的机器人手正在为制造业开启一个新时代。”苏黎世联邦理工学院的机器人学家罗伯特·卡奇曼（Robert Katzschmann，未参与这些研究）表示，如果这些精巧、灵活的机器人拥有像人手一样的特质，并使用与人类一样的工具，那么它们就可能更容易适应工厂环境。
软体机器人也可以应用在医院中。在与医生和护士一同操作一台手术时，机器人或许可以轻柔而安全地帮忙固定器官。“作为小帮手，软体机器人可以降低医疗成本，”卡奇曼说，“所以手术室里就不再需要10个人参与，只要一两个就够了。”埃利森的团队表示，它们的机器人还有可能在人体组织中继续生长，以此增强导管的功能。这样就有可能协助搜索恶性肿瘤，甚至完全取代原本危险的手术。
谢泼德表示：“我认为软体机器人的耐力和敏捷性在人造机器中前所未有。”这些湿软的机器人具备较高的传感和运动能力，以及稳健的结构，新开发的软体机器人还具备独立自主性，因此它们的前景很被看好。
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