美国《财富》杂志网站(zhàn)1月1日刊发一篇报(bào)道,题为(wéi)《为(wéi)什(shí)么“软体机器人”让(ràng)NASA、医生(shēng)和技术(shù)专(zhuān)家如此兴奋?》。全文(wén)摘编如下:
多才多(duō)艺
“软体机器人(rén)”的(de)吸引力在于其灵活性和通用性。
在美国国家航空(kōng)航天局(NASA)科(kē)学(xué)家的(de)设(shè)想中,有朝一日它们将(jiāng)在火星表面快速移动。还有科学家设想(xiǎng),它们将在人体(tǐ)内最隐秘的部位穿行。
美国佐(zuǒ)治亚(yà)理(lǐ)工学院(yuàn)的工(gōng)程(chéng)学助理教授埃伦·马(mǎ)宗达说,另一种可能性是(shì),它们可被用(yòng)于清理遭(zāo)遇地震或火灾的建筑物残骸(hái)。
它们能被(bèi)用于(yú)修复手术吗?当然可以。充(chōng)当帮助患者从伤病或中风中恢复的外骨(gǔ)骼?为什么(me)不呢?
将(jiāng)它们弯曲、塑形(xíng),制成(chéng)你想要的任何形状。软体机器人由(yóu)包(bāo)括纳米材料在(zài)内(nèi)的伸缩性最强的(de)材料(liào)制成,能够模拟人体肌肉功(gōng)能等生物功能。可以说,这些机(jī)器人几乎被(bèi)纳米材(cái)料赋予了(le)生命。
问题在(zài)于,目前研究人(rén)员(yuán)仅仅触及了软(ruǎn)体机器人研究的皮(pí)毛。到2024年,其市场规(guī)模(mó)预计将达到21.6亿美元。
相比之(zhī)下,金属(shǔ)机器人(rén)的(de)局限性要大得多。虽(suī)然人们在建(jiàn)造它们时考虑到了速度和精确(què)性,使它们成为(wéi)从事装配线作业的理想设(shè)备,但它们(men)并不那么多才(cái)多艺。
软体机器人(rén)也可用(yòng)于工业环境——特别是作为协作(zuò)机(jī)器(qì)人(也被(bèi)称为“cobot”)与人类一起工作(zuò)时——但(dàn)它们并不局限于工业环境。
贴合自然(rán)
正(zhèng)如美国杜克大学已故(gù)生物力学家史蒂文·沃格尔(ěr)所写的那样,软体机(jī)器人更符合自然界(jiè)规律。在人(rén)类(lèi)经常(cháng)使用坚硬(yìng)材料(例如(rú)金属或木头)的地方,自然界更倾向于使(shǐ)用(yòng)柔软却有韧性的材料(例如肌肉和软(ruǎn)骨)。他以门上的合页与另一种类型的合页——家养(yǎng)宠物的(de)耳朵——为例做了比较(jiào)。
不过,人类已开始了解这一点。举例来说,我们越来(lái)越多地将液(yè)态金属用(yòng)于3D打印。这种听(tīng)上去像(xiàng)是来自科(kē)幻电影(yǐng)的材料可用于制造贴合不(bú)规则(zé)几何(hé)形状(包括人体)的(de)可拉伸电子器件和可穿戴设备。
液态(tài)硅橡胶是另一个最佳的例子,长期以(yǐ)来,这(zhè)种材(cái)料令软体机器人(rén)研究界兴奋不已。2016年,哈佛大学的科学(xué)家们(men)利用(yòng)这种材料研发出史上首(shǒu)款软(ruǎn)体自主机器人“Octobot”。在章(zhāng)鱼的启发下,科(kē)学家研制出这种可伸缩(suō)的机(jī)器人,它们能扭曲着绕过(guò)障碍物(wù),而《终结者》或《星球大战》电影中那些僵硬的金属机器(qì)人是无法这样做的。
该项目的研(yán)究者(zhě)、哈佛大学科学家迈克尔·韦纳(nà)对美国趣(qù)味科学网站记者(zhě)说:“这类机器人的一个(gè)非常有趣的潜(qián)在用(yòng)途是执行搜救等高危(wēi)任(rèn)务。”
令(lìng)人惊讶(yà)的是,“Octobot”机器人的制作成本比一杯拿(ná)铁咖啡的成本还低。而且,只需要花5美分就能为其装(zhuāng)满燃料。可(kě)以想象,未来将有成百(bǎi)上千个(gè)廉(lián)价的软体机器人(rén)被派往现(xiàn)场调查,它们将越过障碍物,在狭小的空间里穿行以协助救援。
前景广阔
生物医学(xué)工程师吉娅达·杰尔博尼在(zài)2018年技(jì)术、娱乐与设计大会上(shàng)发(fā)表演讲(jiǎng)称:“研(yán)发软体机器人的主要目标不是制造(zào)超精密机器,因(yīn)为我们已经拥有它们了,而是让机器人能够面对现实世界(jiè)中意想(xiǎng)不到的情(qíng)况。”
举例来说,NASA的(de)科学家正(zhèng)在(zài)研(yán)发机器人,他(tā)们希望这(zhè)些机器人不仅能在火星等一些遥远(yuǎn)的(de)天体上(shàng)移动,还能形(xíng)成临时掩(yǎn)体并执行(háng)各种任务(wù)。
杰尔(ěr)博尼还谈到利(lì)用软(ruǎn)体机器人技术来研发手术(shù)器械(尤其是内窥镜),这样(yàng)它们就能比传统器械更轻松地在人体结构(gòu)周围穿行(háng)。
同样,碳基钛聚合物可与(yǔ)合成聚合(hé)物结合,用于制造超薄人造肌肉(ròu)。这项技(jì)术在(zài)韩国(guó)科学技术院制作的飞(fēi)舞的蝴(hú)蝶、飘动的(de)叶子、绽放的(de)花(huā)朵等艺术复制品中(zhōng)得到了展示。
不过(guò),软体机器人并非没(méi)有缺陷。具体而言,科学家们发现,液(yè)体致动器——即赋予机(jī)器人“生(shēng)命”的设备——启动缓(huǎn)慢的原因是,它需要(yào)大量(liàng)的液体来驱动,抑或其内部的各种结构(gòu)(例如管道和阀门)致(zhì)使液体流动速(sù)度放慢。
哈佛大学的研究人员正在根据弹出(chū)式儿童(tóng)玩具的(de)物理原(yuán)理(lǐ)开(kāi)发一种解决方法。他(tā)们注意(yì)到,按压这(zhè)种玩(wán)具能够释放大量(liàng)能量,因而开始设计(jì)一种带有两个弹出盖(一个嵌(qiàn)在另一(yī)个里面)的致动(dòng)器(qì)。当外层(céng)盖膨胀时,内层盖的压力就会增大(dà)。当按压致(zhì)动器(qì)时,释放的能量就可以(yǐ)推动装置前进。
软体机器人未(wèi)来(lái)无疑将在社会中(zhōng)发挥(huī)更(gèng)大的作用。人类的(de)想象力有多广,它(tā)们的可能(néng)性(xìng)就有多大。