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何為柔性機器人?如何讓機器人的身體柔若無骨

金屬外殼，剛硬骨骼，像個戰(zhàn)士一樣，這似乎是我們對機器人的普遍印象，電影和小說中對機器人的描述也大抵如此。然而機器人絕不僅僅是這樣，小編今天就帶大家走進千奇百怪、腦洞大開的柔性機器人。有這樣一種神奇的機器人，它可以做到這樣…… 像藤蔓一樣自生長，柔軟的身體延伸運動到各種角落；。也有模仿其他魚類生物的水下機器人，柔軟的“魚鰭”如同真的魚兒一樣，在水中靈活運動；而這些看似柔弱無骨的機器人，就是我們今天的主角——柔性機器人。何為柔性機器人自然界的很多生物都有自己的柔性和靈活性，從上面的幾張動圖可以看出，柔性機器人其實就模仿了一些動物外形。當然我們探討的柔性機器人概念比較窄，指的是完全由柔性材料構(gòu)成，沒有多余硬性結(jié)構(gòu)在其中，所以柔性機器人必然具備三種特性：高靈活性、可變形性和能量吸收特性。斯坦福大學(xué)研究人員模仿葡萄藤生長，發(fā)明出一款新型的柔性機器人，它能像葡萄藤一樣生長，在廢墟瓦礫中穿梭，找到被困的幸存者，甚至向他們送水。浙江大學(xué)的李鐵風(fēng)教授及其他研究人員此前在《Science》發(fā)表了一篇名為《Fast-moving soft electronic fish（快速移動的電子魚）》的文章，闡述了他們研發(fā)的一種柔性機器人，柔性的特征使得這條“電子魚”得以在狹小的空間內(nèi)航行，拓寬了它們能夠行駛的空間。無論是國外的麻省理工、哈佛大學(xué)還是國內(nèi)的清華、浙大，研究學(xué)者們都在尋求柔性機器人技術(shù)的突破口。毫不夸張的說，如果想要同時滿足這些特性，技術(shù)難題很多，所以這也是為什么柔性機器人的技術(shù)一直處在實驗樣機階段。如何讓機器人的身體柔若無骨為了能夠達到高靈活性和可變形性，柔性機器人的構(gòu)成材料、驅(qū)動方式都很有講究，傳統(tǒng)的剛性連接器和外殼完全不適用。首先是柔性機器人的構(gòu)成材料上，既要極易變形彎曲的柔軟度，也必須要考慮到它的驅(qū)動方式，目前比較常見的是通過3D打印材料來制作柔性機器人的“外殼”，例如用水凝膠制造出柔軟的膠狀機器人。水凝膠材質(zhì)的軟體機器人 MIT的一個研究團隊就做了嘗試性的試驗，他們用 3D 打印和激光切割打造出水凝膠的外殼，實現(xiàn)“身體”的“柔韌性”，然后通過液壓驅(qū)動的方式驅(qū)動機器人的運動。再就是通過一些特殊的材料來打造類似于人造肌肉的材料，像電子動力聚合物（EAP）、形狀記憶合金這樣的物質(zhì)都是人造肌肉的良好材料，以形狀記憶合金為例，它可以根據(jù)溫度自動改變形狀，并且能夠記住這些形狀，實現(xiàn)彎曲、變短、抓取物體等動作。除此之外，還有一種新興的功能材料室溫液態(tài)金屬，這種材料在電、磁、力、熱的作用下，可以在不同的形態(tài)和運動模式上任意切換。中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員、清華大學(xué)教授劉靜在其撰寫的室溫液態(tài)金屬綜述文章中也曾寫道，“液態(tài)金屬可變形機器效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，有望促成柔性機器理論與技術(shù)取得重大突破。” 應(yīng)用前景廣泛，目前還在紙上談兵階段盡管柔性機器人的研究難點很多，但它也是許多高校實驗室研發(fā)的一大重點，因為從實用性來考量的話，這種柔性機器人非常適合一些“極端”的場景下，比如受災(zāi)現(xiàn)場的救援：它可以進入到一些危險、狹小的地方；還有海底探索上，柔性機器人可以潛入到像珊瑚礁這樣的海底生物內(nèi)，在不傷害它們的同時去探索更多的海底秘密。哈佛大學(xué)發(fā)布的可植入軟體機器人醫(yī)療方面，柔性機器人也是一大利器，如果醫(yī)生想要針對人體內(nèi)的某個器官對癥下藥，就可以通過柔性機器人實現(xiàn)，科羅拉多大學(xué)博爾德分校實驗室的機械工程師Franck Vernerey就研制出了專門用于醫(yī)藥治療的軟體機器人。另外，在他還看來，醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的機器人，只能以軟體蠕動的形式構(gòu)造。小編非常期待它落地應(yīng)用后給我們生活帶來的變革性變化，而文中列舉的很多實驗室案例也表明柔性機器人的研究一直在進行中，假以時日，等待相關(guān)技術(shù)的成熟，必然會在機器人行業(yè)大放異彩。

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