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經(jīng)典的機器人形象大多讓人感覺十分冰冷，因此，《超能陸戰(zhàn)隊》中柔軟的充氣機器人大白給觀眾們留下了不一樣的溫暖感覺。而現(xiàn)在，柔軟的“充氣”機器人也走進(jìn)了現(xiàn)實世界。

近日，哈佛大學(xué)的研究者們就向大家展示了他們的最新研究成果：一款章魚形狀的完全柔性機器人，昵稱“Octobot”^[1]。這款機器人全身都由軟軟的柔性材料構(gòu)成，不需要外接動力，自己就能運動起來。相關(guān)論文于8月24日發(fā)表于《自然》期刊。

原視頻來自：Harvard University 15倍速回放

科學(xué)家們?yōu)槭裁匆寵C器人“軟下來”？柔軟的機器章魚要如何運動呢？

柔軟的新潛能

傳統(tǒng)的機器人大多是剛性材料制成的，而現(xiàn)在，科學(xué)家們也逐漸開始研發(fā)那些身體柔軟的機器人了。相比那些硬邦邦的同類，柔性機器人有很多自己的優(yōu)勢：比如說，它們軟軟的身體有很大變形空間，這樣能夠更好地適應(yīng)各種環(huán)境，在受到一定外力沖擊時也不會壞掉，而且它們還將可以穿過狹小、不規(guī)則的空間，這在醫(yī)療、軍事以及探測領(lǐng)域都能派上用場。

柔性機器人的設(shè)計靈感大多來自自然界的“柔軟”生物，魷魚、章魚、蠕蟲等動物都是科學(xué)家們模仿的對象。柔性材料可以實現(xiàn)機器人的伸長、擠壓、攀爬等高難度動作。例如，之前有仿真章魚的柔性機械手臂能夠伸長，模仿毛毛蟲的柔性機器人則能滾能跳。

不過，之前的那些柔性機器人作品還有個缺點：這些機器人有著柔軟的肢體，但控制系統(tǒng)仍然用常規(guī)的泵閥系統(tǒng)來實現(xiàn)，通過剛性連接來驅(qū)使不同類型的運動，并且還得通過電纜連接到機器人，還沒有做到完全柔軟、靈活。

而這種這次的機器小章魚Octobot則是真正的完全柔軟。它不需要剛性材料，也不需要外接電源，具備了柔軟，自由，靈活等諸多優(yōu)點。

Octobot比過去的柔性機器人更加柔軟。圖片來自：Michael Wehner et al.

小章魚如何動起來？

Octobot不需要電力，它的運動依靠一個簡單的化學(xué)反應(yīng)：過氧化氫分解。作為“燃料”的過氧化氫遇到鉑催化劑，分解產(chǎn)生水和氧氣。

過氧化氫分解產(chǎn)生的氣泡推動了機器章魚的運動。原視頻來自：Harvard University

隨著氧氣增多，柔性控制器內(nèi)壓強加大，就會打開一些微閥門，關(guān)上另一些微閥門，在這個過程中章魚機器人的四條腕足充滿氧氣，在這些氧氣的驅(qū)動下，章魚的腕足就會變形運動。當(dāng)微流體系統(tǒng)切換時，章魚的另外四條腕足則會進(jìn)行同樣的變形運動，二者交替，機器人就動起來了。

機器章魚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖片來自原論文。

制作成本低廉

這只完全柔軟的機器章魚結(jié)合了注模、軟光刻技術(shù)和多材料嵌入3D打印技術(shù)制成。先將預(yù)制的微流控芯片嵌入到模具中，然后傾倒入硅基材料，接著再采用3D打印技術(shù)加入其它部分的結(jié)構(gòu)。管路部分采用特殊的凝膠材料“墨水”進(jìn)行打印，在經(jīng)過90℃加熱固化之后，它們可以自動在小章魚體內(nèi)形成開放的管道網(wǎng)絡(luò)。催化部分也用加入催化劑的“墨水”打印加工而成。

3D打印制作機器章魚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。原視頻來自：Harvard University

Octobot 的微流控芯片由 3D 打印的微管道網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。當(dāng)前這個版本還沒有開關(guān)。研究人員表示，將來可能會為它加上開關(guān)，并安裝更復(fù)雜的控制器和傳感器。有了傳感器以后，機器人就能感知周圍的環(huán)境并作出相應(yīng)的反應(yīng)。下一步想要實現(xiàn)的是在水中可以游泳，山地可以爬坡的升級版Octobot。

柔性機器章魚中的控制部件示意圖。紅色的通路和藍(lán)色的通路分別對應(yīng)不同的兩組柔性腕足（每組四條），通過不同的閥門控制進(jìn)行動作的切換。圖片來自原論文。

研究人員表示，單個Octobot 所用的全部材料加起來還不到三美元，低廉的成本加上卓越的性能，預(yù)期未來改進(jìn)后的柔性機器人將拓展機器人在人類社會中扮演的角色，改變機器人與人類的互動體驗。到時候，當(dāng)你擁抱這種柔性機器人的時候，說不定也會更有大白的感覺。（編輯：窗敲雨）

參考資料：

1. Michael Wehner,    Ryan L. Truby, Daniel J. Fitzgerald, et al. An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots. Nature 536, 451–455 (25 August 2016) doi:10.1038/nature19100