软机器人放弃了定义上一代机器人的骨骼。这些机器没有像骨头或关节这样的部件，可以以新的方式伸展、卷曲和挤压。

软机器人放弃了定义上一代机器人的骨骼。这些机器没有像骨头或关节这样的部件，可以以新的方式伸展、卷曲和挤压。

机械章鱼可以像真正的章鱼一样移动。图片来源:科学博物馆

2007年，塞西莉亚·拉斯基让父亲为她在意大利利沃诺的海边实验室抓一只活章鱼。后者认为拉斯基疯了:作为一个休闲的渔夫，他认为章鱼很容易抓到，所以它一定是一种非常愚蠢的动物。那么，一个研究金属和微处理器的机器人研究者到底想对这种柔软而粘稠的头足类动物做什么呢？

无论如何，老人在托斯卡纳海岸抓到了一只章鱼，并把它给了在比萨圣安娜高中工作的女儿。拉斯基和他的学生将这种动物放在一个盐水罐中，研究它如何捕捉分散的凤尾鱼和螃蟹。随后，该团队着手制造能够模拟这些动作的机器人。

通过原型，他们最终创造了一个内置弹簧和电线的人造触手。该设备能逼真地呈现波形、伸长、收缩、硬化和弯曲。“这是一种完全不同的制造机器人的方法。”拉斯基说。

在过去的10年里，这种方法已经成为机器人学的一个重要研究前沿。这一领域的科学家和工程师通常受到人类和其他硬骨动物的启发，致力于硬件机器人的研究。这些机器的四肢僵硬，只能在固定的关节周围弯曲和伸直，因此它们的优势在于能够以数学上可预测的方式移动。然而，它们也需要细致的编程和大量的反馈，以避免碰到其他对象。即便如此，当与人和新物体打交道时，或者在崎岖的山路和其他不可预测的情况下，他们的行动往往变得不稳定，甚至带来危险。

一个受章鱼、毛毛虫或鱼等灵活动物启发的机器人提供了一个解决方案。软机器人主要由柔性或弹性材料制成，可以改变它们的形状以适应周围的环境，而无需大量(通常也不完美)的计算。尽管这些机器中的一些使用金属丝或弹簧来模拟肌肉和肌腱，但总的来说，软机器人放弃了定义上一代机器人的骨骼。这些机器没有像骨头或关节这样的部件，可以以新的方式伸展、卷曲和挤压。它们可以改变形状或大小，包围物体，甚至比以前更安全地接触人类。

移动平稳

今天，全世界数以百万计的工业机器人都来自同一个基本理念。这些机器由金属组合而成，用它们沉重僵硬的四肢在汽车装配线和工业交货间从事繁重的体力劳动。它的速度、力量和盲目重复是人类无法企及的。然而，标准机器人需要专业的编程、严格控制的条件和对自身运动的连续反馈，以便准确地知道何时以及如何移动它们众多关节中的每一个。与此同时，他们不能完成超出编程参数的任务，并且他们在不可预测的环境中根本无法工作。大多数机器人必须呆在栅栏后面，以保护人类工人免受意外伤害。

“想象一下系鞋带有多难。”麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室主任丹妮拉·鲁斯说:“这种能力正是我们希望机器人具备的。”

在过去的10年里，这一愿望引发了人们对开发更轻、更便宜的机器人的兴趣，这些机器人能够处理高精度或不可预测的情况，并直接与人类合作。包括laschi在内的一些机器人专家认为，软材料和生物启发设计可以提供答案。

laschi说这个想法起初很难接受。"一开始，非常传统的机器人会议不想收到我的论文."她说，“但是现在已经有了专门讨论这个话题的完整会议。”有助于引起兴趣的是聚合物科学的最新进展，特别是铸造、成型或3d打印聚合物以形成定制绘图对象的发展。这使得机器人专家能够更自由、更快速地尝试制作各种各样的软件形式。

因此，已有30多家机构加入了始于2013年的软机器人协作组织。第二年，我们见证了专业期刊《软机器人技术》的发行，以及开放存取资源《软机器人技术工具箱》的发行。后者是一个由爱尔兰都柏林三一学院和哈佛大学的研究人员开发的网站，它使研究人员和业余爱好者能够分享他们的技能，找到设计和其他信息进行下载。

抢占市场份额

尽管大多数机器人仍在实验室里，但一些由哈佛大学软机器人技术研究员兼化学家乔治·怀特塞德斯创造的机器人正在冒“走出去”的风险，以满足工业智能机器人的需求。传统的抓取器需要关于物体的位置、形状、重量和平滑度的详细信息，以便精确地移动每个关节。一个系统可能专门处理洗发水瓶子，另一个只能拿起儿童玩具，其他系统需要用来抓取t恤。然而，随着制造商更新他们的产品线，电子商务仓库不得不处理越来越多的物品，这些公司需要改变成定制的握把，并为每个不同的应用更新控制算法。这通常需要很大的成本和延迟。

相反，主要由柔软且有弹性的材料制成的夹子可以包裹和适应不同形状和尺寸的物体。软机器人技术(Soft robot technology)是一家位于马萨诸塞州剑桥市的初创公司，2013年与whitesides research分离，目前已筹集约450万美元用于开发弹性机械爪生产线。

这些机械爪都是由弹性聚合物制成的，当空气体通过其内部通道时会弯曲。僵硬的机器人手必须仔细计算每个手指的运动，新抓手的柔软度可以使它在物体表面周围变形，直到它牢牢抓住物体而不会造成任何伤害。它甚至可以采摘蘑菇，收获草莓，从葡萄藤上采摘西红柿。传统上，这些任务需要工人小心触摸。软机器人技术有限公司于2015年6月发布了第一款手爪，目前正在与六家涉及包装和食品加工的客户公司一起运行测试程序。

位置感知

随着机械章鱼、毛虫、海星和其他可塑性机器的出现，一些科学家开始关注更好的方法来控制这些设备的动作。"我们正在谈论柔软和有弹性的材料."印第安纳州普渡大学的机械工程师丽贝卡·克莱默说:“当一个物体向一边移动时，你不知道机器的其他部分会停在哪里。”这就是为什么许多应用可能需要额外的传感器来监控运动。然而，传统的位置和力传感器——刚性或半刚性的电子元件——可能并不总能与经历了极端形状变化的软机器人很好地相处。

像永莱帕克这样的工程师正在通过开发可伸缩的电子传感器来解决这个问题。在卡耐基梅隆大学，帕克致力于研究含有夹在硅橡胶片之间的液态金属电路的粘合片。这些液体回路被铸造成各种图案，包括螺旋和条纹，以便定制感测装置被挤压或拉伸的时间和方向。

“伸缩传感器可以像皮肤一样敏感，这取决于你如何设计它们。您可以调整它们，以应对轻微的手指滑动或30磅重的物体。”康奈尔大学机械工程师罗伯特·谢泼德说。他开发了一种方法，可以在一个柔软的机器人上直接打印三维拉伸敏感的“皮肤”。

伸缩传感器在快速发展的可穿戴机器人领域发挥着重要作用。在美国军方的资助下，哈佛大学的康纳·沃尔什花了几年时间开发和改进了一种士兵用的软机械盔甲。它很柔软，类似于早期的“钢铁侠”外骨骼，旨在帮助士兵长距离搬运重物。沃尔什说，用户仍然可以感觉到帮助他们移动的设备，但是穿着这种衣服走路会感觉“非常自然”。这是对传统外骨骼的巨大改进。沃尔什的衣服采用尼龙、聚合物和氨纶制成的带子，战略性地沿着腿部放置，而不是笨重僵硬的袖子。一些位置和加速度传感器——目前仍是标准的刚性设备——可以帮助监测佩戴者的步态，并在关键时刻提供帮助。沃尔什说，下一步是包括可伸缩的传感器，创造一个更柔软和更舒适的体验。(宗华)