美國科學(xué)家攜手研制出了一款外表酷似章魚(yú)的“章魚(yú)機器人(Octobot)”，這款濕軟的機器人“身高”不足2厘米，是第一款全部由柔性零件組成的全自動(dòng)、自帶燃料、“自給自足”的機器人。據英國《自然》雜志近日報道，研究人員稱(chēng)，“章魚(yú)機器人”正在軟體機器人的海洋中翻起朵朵浪花。

制造出柔性零件是關(guān)鍵

近年來(lái)，工程師和科學(xué)家們對軟體機器人的興趣與日俱增，他們希望超越類(lèi)似“終結者”那樣由堅硬的金屬材料制成的機器人，設計出一些新型機器人：它們能被擠壓進(jìn)緊密的空間內;能根據周?chē)h(huán)境改變形狀;或者能安全地操作精巧的物體。

想象非常美好，但對研究人員而言，在現實(shí)生活中制造出能替代電池、電路等剛性部件的柔性零件，一直是橫亙在研制軟體機器人道路上的“攔路虎”。麻省理工學(xué)院(MIT)人工智能實(shí)驗室(CSAIL)主任、機器人專(zhuān)家丹妮拉·魯斯稱(chēng)：“在傳統機器人身上，大腦、電子設備、電池，這些零件都很堅硬。軟體機器人是一個(gè)新領(lǐng)域，令人興趣盎然。”

新研制出的“章魚(yú)機器人”由硅橡膠制成，其“大腦”是一款柔性微流體芯片，內部的閥門(mén)和開(kāi)關(guān)由壓力激活，引導液態(tài)燃料流過(guò)“身體”，從而控制8只“爪子”的動(dòng)作。該研究的領(lǐng)導者之一、哈佛大學(xué)工程師羅伯特·伍德說(shuō)：“它類(lèi)似一個(gè)普通電路，只不過(guò)不是傳遞電子，而是傳遞液體和氣體。”

“章魚(yú)機器人”的身體由3D打印而成。為制造“章魚(yú)機器人”的身體，研究人員將硅橡膠傾倒入一個(gè)章魚(yú)形狀的模具中，接著(zhù)用3D打印機朝其中注入特殊墨水，隨后通過(guò)加熱來(lái)矯正其結構，并使墨水蒸發(fā)——在機器人的爪子內部留下一個(gè)中空的網(wǎng)絡(luò )并同大腦相連，機器人的“大腦”通過(guò)這個(gè)中空管道同爪子“交談”。

摒棄電池使用液態(tài)燃料

很多軟體機器人會(huì )與壓縮空氣罐相連，利用其提供電力，但這會(huì )限制機器人的行動(dòng)范圍，為此，伍德和同事另辟蹊徑，使用液體燃料并利用化學(xué)反應來(lái)為這個(gè)機器人供電。

他們的燃料是濃度為50%的過(guò)氧化氫溶液，“章魚(yú)機器人”的內部充滿(mǎn)了這種溶液，與此同時(shí)，他們也朝機器人內部注入了鉑(充當催化劑，為了達到更好的效果，實(shí)際采用的是鉑金屬粉末)，當溶液遇到鉑，它很快會(huì )分解成體積更大的水和氧氣。隨著(zhù)氧氣增多，“章魚(yú)機器人”身體內的壓力加大，就會(huì )打開(kāi)一些微閥門(mén)而關(guān)閉另一些微閥門(mén)，使燃料每次只流向系統的一邊，讓這邊的四條“爪子”充滿(mǎn)氧氣，從而驅動(dòng)章魚(yú)的“爪子”向前伸展。隨著(zhù)這邊的燃料不斷消耗，內部壓力下降，使燃料進(jìn)入另一邊，這邊關(guān)閉，整個(gè)“爪子”向前伸展的“劇情”再次上演一遍。

意大利圣安娜高級研究學(xué)院的塞西莉亞·拉絲慈說(shuō)：“微流體和化學(xué)反應的‘聯(lián)姻’非常有趣。這是一種全新且與眾不同的制造和看待軟體機器人的方式。”

進(jìn)一步提高軟硬件性能

目前，這款章魚(yú)機器人能活動(dòng)大約8分鐘，消耗的燃料為1毫升。伍德說(shuō)，他們并沒(méi)有設計讓這款機器人執行特定的任務(wù)，它也不能模擬真正章魚(yú)的“一舉一動(dòng)”，它只不過(guò)證實(shí)了這一技術(shù)可行。研究人員表示，未來(lái)，他們將進(jìn)一步提高微流體電路的復雜程度，使其更耐用;而且改進(jìn)“爪子”設計的方法，讓其能更好地運動(dòng)，如此一來(lái)，得到的軟體機器人或能實(shí)現更復雜的運動(dòng)。

美國康奈爾大學(xué)的材料工程師羅伯特·謝普德對《自然》雜志說(shuō)：“現在，我們需要解決的問(wèn)題是，如何對機器人重新編程，讓其執行不同的運動(dòng)并對環(huán)境做出反應，而不僅僅是執行預編程的指令序列。”謝普德目前專(zhuān)注于研究是否能讓效率更高的微流體電路同柔性傳感器相結合，從而制造出更智能、更能適應環(huán)境的軟體機器人。

研究人員指出，雖然軟體機器人仍處于萌芽和起步階段，但它或許能在很多領(lǐng)域“大展拳腳”，比如維修和檢測設備、執行搜救行動(dòng)以及進(jìn)行環(huán)境探測，甚至在醫學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

圖片來(lái)源：找項目網(wǎng)