一種高度不到2釐米的柔軟章魚狀機器正在軟體機器人領域掀起波瀾。今天在《自然》雜誌上描述的“章魚機器人”是首個完全由柔軟、柔性部件製成的獨立機器人。
近年來，人們對軟體機器人的興趣日益濃厚，工程師們不再只關注剛性的終結者型別的機器，而是轉向可以擠入狹小空間、適應周圍環境或安全處理精細物體的設計。但是，關鍵部件的軟體化設計一直困擾著研究人員。“大腦、電子裝置、電池——這些元件都是硬的，”劍橋市麻省理工學院的機器人專家丹妮拉·魯斯說。“這項工作是全新的，非常令人興奮。”
章魚機器人由矽橡膠製成。它的“大腦”是一個柔性微流體電路，利用壓力啟用的閥門和開關來控制液體燃料在通道中的流動。“這類似於通常的電路，”馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的工程師羅伯特·伍德說，他是該研究的負責人之一。“我們傳遞的不是電子，而是液體和氣體。”
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機器人大腦中的閥門和開關被定位為以兩組交替的方式伸展手臂。該過程從研究人員將燃料注入兩個儲液罐開始，每個儲液罐專用於一組四個手臂。這些儲液罐像氣球一樣膨脹，並將燃料推入微流體電路。當燃料透過電路時，壓力的變化會關閉一些控制點並開啟另一些控制點，從而限制燃料僅流向系統的一半。當該側消耗燃料時，其內部壓力降低，允許燃料進入另一側——然後另一側會擠壓第一側，依此類推。
製造更好的機器人
機器人的大腦透過嵌入在身體中的3D列印通道與肢體對話。為了建立身體，研究人員將矽聚合物倒入章魚形狀的模具中。然後，使用3D印表機，他們注入了特殊的墨水，這些墨水在周圍的聚合物中保持其形狀和位置。科學家們加熱章魚機器人以固化其結構，這也導致墨水蒸發——留下一個空心網路，該網路滲透到章魚機器人的肢體中並連線到其大腦。
許多軟體機器人都拴在提供動力的壓縮空氣罐上，但這會限制其運動範圍。伍德和他的同事們採取了不同的方法，使用化學反應為章魚機器人提供動力。
他們的燃料是50%的過氧化氫溶液。當這種溶液暴露於注入機器人內部網路兩個部分的鉑時，它會迅速分解成更大體積的水和氧氣。每個部分產生的加壓氣體爆發會膨脹並伸出一組手臂，最終透過排氣口排出。
義大利比薩聖安娜高階研究學院的機器人專家塞西莉亞·拉斯基說：“微流體與化學反應的結合真的很有趣。“這是一種看待軟體機器人的全新且不同的方式。”
章魚機器人目前在1毫升燃料下可以執行長達8分鐘。它並非旨在執行任何特定任務，也不模模擬實章魚的運動。相反，它展示了這項技術，伍德說。作者建議，未來，更精密的微流體電路可能會提高耐力，並允許與適當的肢體設計相結合時實現更復雜的運動。
紐約州伊薩卡市康奈爾大學的材料工程師羅伯特·謝潑德說：“現在需要解決的問題是如何重新程式設計機器人以執行不同的動作，響應環境，而不僅僅是執行預先程式設計的序列。”謝潑德特別希望看到，增強型微流體電路是否可以與柔性感測器結合使用，以製造出更智慧的軟體機器人，使其能夠更好地適應不斷變化的環境。
本文經許可轉載，並於2016年8月24日首次釋出。