機器人必須是剛性金屬自動化裝置，透過輪子、履帶甚至腿部移動，這種觀念限制了設計師的想象力。所有這些杆、齒輪和馬達的重量迅速增加，並且需要複雜的機械和電氣控制系統，以便機器人能夠處理精細物體或在不同型別的地形上導航。
包括哈佛大學化學家和材料科學家George Whitesides和Whitesides實驗室的博士後研究員Robert Shepherd在內的一個研究團隊，已經避開了這種受脊椎動物啟發的途徑，而傾向於更柔和的方式。Whitesides和他的同事們以更為靈活的無脊椎動物魷魚、海星和蠕蟲為模型，在本週早些時候在《美國國家科學院院刊》線上報告中稱，彈性聚合物和氣動泵的結合為能夠進行復雜運動的簡單機器人提供了零件清單。
有多複雜？他們五釐米厚的四足機器人能夠爬行和波動地穿過僅兩釐米高的空間。（研究人員實際上進行了類似仰泳的動作，以引導他們的機器人穿過一塊離地面兩釐米高的玻璃板下方。）這款機器人看起來像一對在莖部連線的Y字形，使用軟光刻技術分兩層製成。軟光刻是一種製造物體的方法，它使用圖案化的彈性體作為印章、模具或掩模，而不是光刻技術中使用的更剛性的材料。
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這款柔性機器人展示的最重要的突破是，軟材料可以為自然運動提供解決方案，而無需複雜的機械部件和組裝。研究人員表示，這也證明了在為機器人和機器尋找靈感時，考慮簡單動物的價值。
這款變形機器人的上層柔性層嵌入了一個氣動通道系統，空氣可以透過這些通道。下層由更剛硬的聚合物製成。研究人員將驅動層放置在應變限制/密封層上，並塗上一層薄薄的矽膠粘合劑。泵入上層不同閥門的空氣導致它們膨脹並將機器人彎曲成不同的位置。例如，機器人可以抬起其四條腿中的任何一條，並保持其他三條腿著地以提供穩定性，具體取決於哪些通道被充氣。
研究人員現在正在探索各種方法來設計和製造這種自主機器人。車載壓縮空氣瓶和微型壓縮機是一種途徑。“我們可能需要擴大機器人的尺寸以支撐它們的負載，”大眾科學顧問委員會成員Whitesides說。“此外，我們目前的繫繩式軟機器人可以與硬機器人系統耦合，以將它們運送到某個位置並支撐離線氣瓶和壓縮機的負載。”
研究人員表示，在許多應用中，繫繩不是缺點，而在其他應用中，繫繩是理想的甚至必需的。“記住，大多數機器人——例如，製造中使用的機器人——都是固定在位的，”Whitesides說，並補充說，自主運動僅對某些任務是必需的。
研究人員承認，簡單、廉價的機器人可能不會取代更昂貴的同類產品，但它們仍然可以有多種用途。機器人輔助礦山救援提供了一種可能性。在這些救援中，攜帶攝像頭的機器人沿著窄直徑的管道深入地下數百米以搜尋倖存者。此類機器人目前主要由金屬製成，並且經常在洞穴坍塌餘震導致地面移動時被困在鑽孔中。
這些“甘比”機器人的一個潛在缺點是，當在粗糙或尖銳的表面上移動時，更柔軟和更柔韌的材料可能會破裂。儘管如此，研究人員表示，透過韌性和柔韌性的正確結合，他們可以開發出比其硬金屬同類產品更便宜、更輕、能夠製成大或小，並且操作更簡單的機器人。
研究人員表示，材料（特別是聚合物）的進步將透過使軟機器人能夠在更高的壓力範圍內執行來影響其發展。“我們還希望彈性體具有韌性，即能夠抵抗切割或穿刺造成的損壞，”Whitesides補充道。“軟機器人領域將為聚合物科學家和材料科學家提供許多有趣的問題來研究。”
人工肌肉的進步同樣有助於使這些柔性機器人更加緊湊，並提供更可重複的運動。“它還將使我們能夠直接模仿手臂、觸手或其他結構的一些非常複雜的設計，”Whitesides說。