軟體機器人由精細、柔韌且栩栩如生的材料製成，具有改進笨重、金屬機身的前代產品的潛力。這種機器可以更靈活地探索其他行星，溫和地從海洋深處採集生物，甚至可以為外科醫生提供幫助。但是，頑固的設計挑戰長期以來阻礙了它們走出實驗室並進入我們的生活。現在，新一代軟體機器人正在導航、生長和自我修復，以滿足研究人員的崇高期望。
柔性材料使機器人能夠變形以適應不斷變化的環境，例如狹窄的隧道。軟體機器人還可以處理脆弱的材料，例如人體器官或易碎的岩石，而不會壓碎它們。甚至一些主要為剛性機身的機器人，包括波士頓動力公司製造的著名的敏捷步行者，也結合了軟性部件以實現更好的運動。軟體機器人領域的許多發展都受到生物體特徵的啟發，例如章魚的柔韌性或水母的高含水量。新的設計尋求一些更無形的東西：類似動物的獨立性。
“機器人社群一直在持續關注自主化的科學和工程，”麻省理工學院機器人專家和計算機科學家丹妮拉·魯斯說。“我們在軟體元件以及演算法控制方面取得了進展……我們現在正在利用這些進步來製造功能越來越強大和更獨立的自主軟體機器人。”
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當獨立探索危險區域時，軟體機器人比剛性機器更容易被切割和刺穿。一個研究小組受到人類皮膚的自愈特性的啟發，最近創造了一種實驗性機器人，它可以從小傷口中恢復過來。該團隊在科學進展中描述了他們的研究發現。
康奈爾大學工程師、研究合著者羅伯特·謝潑德說：“如果我們如願以償，實現能夠長時間執行並執行靈巧任務的機器人，那麼許多機會將為我們敞開。” “一個明顯的例子是太空探索——也許是在月球上建造研究棲息地，甚至是勘測木衛二的海洋。在這些偏遠的操作環境中，機器人會積累損壞，並且可能沒有人可以修理它們。”
謝潑德和他的團隊設計了一種軟體機器人，它不僅可以修復損壞，而且無需被告知何時這樣做。利用光纖感測器，機器人可以檢測到其材料何時被刺穿。然後，它使用一種稱為聚氨酯脲彈性體的超彈性材料來快速癒合傷口。該機器人還被程式設計為在損壞後朝新的方向移動——理想情況下是為了逃避造成損壞的原因。後期的工作可能會將這些修復擴充套件到更大的缺失塊和孔洞。
另一個團隊創造了一種像植物或真菌一樣“生長”的軟體機器人，用於去年發表在美國國家科學院院刊上的一項研究。生長型機器人可以鑽入地下或在其他行星上鋪設新的基礎設施。但是，為了生長，軟體機器人通常必須將材料拖在身後，並使用它來 3D 列印新的結構。明尼蘇達大學工程師兼材料科學家、研究合著者克里斯·埃裡森說，這會像一個人拖著花園軟管一樣阻礙機器人的工作。“如果你拖著你的花園軟管，然後你繞著一棵樹轉彎，軟管上的力就會增加，”他說。並且每次彎曲都會呈指數級增長。
研究人員轉向植物尋求解決方案。“它們不是透過拖動更多的根在身後來延伸它們的根，”埃裡森說。“它們輸送液體，然後它們將這些液體轉化為固體，而這最終就是構建結構的方式。”他的團隊的新型機器人使用光來固化液體，同時將其從一個小孔中噴出以形成管子，該管子從其發射點延伸到它需要到達的任何地方。機器人可以控制管子在生長時的形狀，從而可以在不遇到花園軟管問題的情況下導航複雜的路徑。埃裡森補充說，機器人有一天可能會使用這項技術順利地檢查地下管道或穿過人體進行醫療應用。
工程師們還在改進軟體機器人的感測和運動能力方面取得了重大進展，這將有助於在偏遠環境中部署。例如，魯斯的小組最近製造了一種機器，其身體各處都有充氣通道網路。它可以測量這些通道內的壓力變化，以確定其身體部位在空間中的位置，類似於人類的本體感覺。其他小組已經試驗了各種型別的感測器、人造肌肉和機器學習，以創造更平滑的運動和精確的感知。
構建能夠獨立工作、自我修復和生長的軟體機器人可能會改變人類生活的許多領域。“軟體機器人手正在開啟製造業的新時代，”魯斯說。蘇黎世聯邦理工學院機器人專家羅伯特·卡茨施曼指出，如果靈巧的機器人擁有類似於人類的手，可以使用我們使用的相同工具，那麼它們可以更容易地適應工廠環境，他沒有參與上述研究。
軟體機器人也可以在醫院找到用武之地。機器人可以與護士和醫生一起工作，在手術期間幫助輕柔而安全地固定器官。“幫助之手可以降低醫療成本，”卡茨施曼說，“這樣你就不需要在手術室裡有 10 個人。一兩個人就可以完成。”埃裡森的團隊表示，他們的機器人有一天可以穿過組織生長並尋找癌性腫瘤，有可能完全取代危險的手術。
“我認為軟體機器人是人工機器前所未有的耐力和敏捷性的途徑，”謝潑德說。憑藉增強的感測和運動技能、強大的組成以及新發現的獨立性，這些柔性機器的未來看起來很穩固。