最新报道：能够模拟人类肌肉的“软体机器人”,已被开发出来！

最新报道：能够模拟人类肌肉的“软体机器人”,已被开发出来！

2016年10月16日 人们通常希望机器人是坚硬、高速且工作有效的；但日前，一项刊登于国际杂志scientific reports上的研究报告中，来自瑞士洛桑联邦理工学院（epfl）的研究人员通过研究开发了一种“软机器人”(soft robots)，彻底颠覆上此前人们的观点。软机器人的能量由类似肌肉样的传动装置来供能，通常在人类机体中使用来帮助机体移动，同时这种软机器人也由弹性体组成，包括硅和橡胶，因此其具有固有的安全性。在特殊设计的软气球中研究者通过改变气压就能够控制软机器人；文章中研究者描述了一种预测性模型，这种模型可以被用来精确地控制机器人不同模块的机械行为。

研究者jamie paik表示，这种软体机器人的潜在用途包括对患者进行恢复、处理脆弱的对象、拟生态系统以及家庭护理等，我们设计的这种机器人重点关注于安全性能。文章中，研究者指出，这些模型能够准确预测一系列模块如何移动，而这些模块由间隔和夹层槽组成，这种黄瓜样的传动装置能够拉伸到5-6倍的长度并且在两个方向都能够弯曲。

研究者进行了多项模拟实验并且开发了新型模型来帮助预测这种传动装置如何随着形状、厚度以及组成材料的改变而发生变形。文章中研究者开发的这种软体机器人能够用作医疗目的，同时研究者在文章中对机器人进行了详细描述，此外，他们还设计了一种由多个充气组件组成的“腰带”，这种特殊“腰带”在患者恢复训练期间能够使其直立并且指导患者移动。

研究者认为，软体机器人传动装置的潜在应用或许并不会止步于此，如今他们正在利用这种传动装置来开发适应性更强的机器人来帮助患者在难辨恶劣的环境中进行导航，而且这些机器人非常柔软，同时能够经得住挤压。最后研究者paik说道，利用这种软体传动装置我们就能够设计出多种形状的机器人在多样的环境中进行移动，而且这些机器人由廉价的材料组成，因此很容易大规模生产，这或许为后期研究者在机器人学研究领域中取得新的研究成果提供思路和基础。

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软体机器人

　　在过去几十年中，数不清的科幻片将机器人刻画得一模一样，它们钢筋铁骨、强大有力、理性高效，能执行人类无法完成的任务。这为后来《超能陆战队》中“大白”的出现做了极具反差效果的铺垫。作为软体机器人的代表，“大白”具有“软萌Q弹”的特点，有英雄气概，又有惹人喜爱。而科学家们亦有同感，软体机器人也许能解决更多问题，比如，斯坦福大学的科学家们就已经在该领域做出了尝试。

　　它的动作就像一个快速生长的爬藤

　　据外媒“每日科学”官网日前报道，斯坦福大学的机械工程师们开发出一种全新的仿藤机器人，能够在不移动整个身体的情况下，长距离生长，并能蛇形蜿蜒。研究者已证明，它在灾难搜救和医疗中将是大有作为的。该项目由美国国家科学基金会资助，相应研究论文已发表于《科学机器人》杂志上。

　　设想一下，在杂乱无章的倒塌建筑中，救援人员在急切地搜寻遇难人群。但是，他们既没有徒手去挖碎片，也没有放出搜救犬去嗅生命迹象在哪儿，而是首先拿出一个小的密封气缸，将设备放在灾难现场的缝隙入口处，然后旋转开关，机器人的“生长”开始了！

　　只见，它从气缸的一端冒出头，接着像卷曲的蛇一样，软软地、缓缓地延伸，进入石头、草丛和泥土混杂的地下空间。它的动作就像快速生长的爬藤一样，卷须的顶端安装有微型摄像头，能够让救援人员看到瓦砾下面，无法抵达的地方是什么样的状况。

　　对新型软体机器人来说，这仅仅是一种可能的应用。研发人员在论文中表示，之所以研发它，是受到自然的启示。生物具有生长的特性，无论是藤蔓、真菌还是人脑内的神经细胞，都能通过软性延展来覆盖距离，那么仿生装置应该也可以。因此，他们提出了“会生长的软体机器人”这一概念，并设计了一些具有挑战性的实验进行了验证。

　　机械工程学教授埃里森·冈村是该论文的资深作者，他解释说，“我们试图从根本上弄清楚软体机械移动或生长的机制原理，它的方式与世界上所有的动物或人类都完全不同”。为了知道机器人能做什么，研究小组甚至制作出复杂的迷宫模型，让机器人穿越各种障碍，朝着预设目标前进，并成长为一个独立结构。

　　它不需要机械整体运动，而只需要尖端运动

　　这个新机器人背后的设计思想显而易见，并不复杂。首先是有一管的软材料折叠在气缸内部，就像一团有序蜷曲着的袜子一样。机器人在顶端摄像头的控制下，总朝着一个方向生长，比如软材料位于充气嘴的前端，软体机器人的管子始终朝着右侧延展生长。

　　实验室中的原始版机器人采用薄而廉价的塑料制成，当研究人员通过固定端压入空气时，机器人呈外翻生长的姿态，而在后来的新版本中，任何流体也许都能代替压缩空气，从而让软体机器人具有不同性能。这种设计非常有用的一个特点就是，它不需要机械整体运动，而只需要尖端运动，节省了时间和能量。

　　来自加利福尼亚大学的客座助理教授埃利奥特·霍克斯也是论文的主要作者之一，他指出，机器人的身体从末端开始延伸，在“生长”过程中，身体会附着在草丛中，或被岩石卡住，但这并不能阻止其行动，因为末端还在不断长出新“肢体”。

　　测试机器人性能的方法也很简单，即让机器人从一个地方穿越障碍到另一个地方。研究人员设计了混合捕蝇纸、粘胶水、钉子和冰冻墙面的通道，而机器人成功越过了所有阻碍，并在传感器帮助下，通过感知二氧化碳的方式寻找到了被困幸存者模型。整个过程中，虽然机器人的躯干被钉子刺破，但由于被刺破的区域没有继续移动，钉子堵住了气孔，机器人的气腔保持正常。

　　在另一些极端情况下，机器人“举起”了100公斤的木箱，从只有躯干截面面积10%的门隙中穿越而过，并且还进入了天花板顶上、墙内管道等地方，甚至为人们提供了一种在狭小空间布置路由线的新方法。

　　它们比纯机械机器人更安全

　　研究者指出，人们应该关注的是，软体机器人能够移动进入一个不可预知的困境中，它的行动不受障碍物的影响，人们不必担心它在探索时被破坏或卡死。原始版之后，新开发的机器人版本还囊括了一个控制系统，能够让机器人膨胀，使生长方向朝左或右，并将末端摄像机拍下的图像传到外界。

　　这种机器人的主要优点在于，它们比纯机械机器人更安全。这不仅是因为它们柔软，还因为它们往往极轻，便于延展靠近人体。而且，它行动灵活，可以在复杂路径中前行。当然，这得归功于科学家们制作出的精确运动模型。一般来说，纯机械机器人更易于建模和控制，但为了让软体机器人也达到同样的行动效果，就需要进行大量试验，获得足够精确的数据，编写新的控制算法，让机器人末端的摄像机能够以超高速率处理运动指令，引导机器人的“生长”方向，完成任务。

　　如前所述，科学家们手工制造的原型是通过气压驱动，未来希望制造出液体驱动的版本。一旦软体机器人内腔能够输入水或其它液体，那么就能向狭小空间或封闭空间内的人输送这些东西，甚至还能帮忙进行灭火。因此研究者也在试验用耐撕尼龙或芳纶等材料制作软体机器人的外壳。

　　研究者也想看到不同尺寸的软体机器人会如何工作，因此他们还造出了一个仅有1.8毫米直径的机器人版本。未来，他们希望小微型软体机器人能推进医疗进步，比如进入患者身体，在不影响其它器官组织的情况下“生长”，完成检查任务等等。

科学家开发新型合成纤毛 使微型软体机器人能够在液体中移动

草履虫和某些其他微生物通过来回甩动被称为纤毛的附属物在液体中移动。 科学家们现在已经开发出一种新型的合成纤毛，可用于微型机器人等。 纤毛从微生物的身体中伸出来，通过反复向前伸出然后向后扫动来推动它在液体环境中移动。它们不是齐头并进，而是开始分别移动，一个接一个，形成“波浪”，沿着微生物的长度方向移动。

研究人员以前曾创造过更大规模的人工纤毛，但这些系统往往在机械上相当复杂，而且体积太大，无法纳入小型设备中。然而，荷兰埃因霍温 科技 大学的一个团队最近创造了一个微小的软体机器人，它利用了一种更小、更简单的纤毛形式。

为此，科学家们将一种液体聚合物与羰基铁粉颗粒结合起来，然后将这种混合物倒入一个50微米宽的圆柱形孔阵列中，作为纤毛的模具。当聚合物开始固化成橡胶状时，放置在模具下方的磁铁使铁粒子在相邻的纤毛中以不同的方式排列，这使每个纤毛具有不同的磁性。

完成的4毫米长的机器人由一个固体聚合物底座组成，纤毛从一侧突出。当它被放置在纤毛朝上的水/乙二醇溶液中时，旋转磁场的应用使纤毛以波浪形式来回移动。这使得该装置的操作有点像一个泵，因为移动的附属物导致液体迅速流过它。

当机器人被翻转过来，使纤毛处于底部时，它们的运动使该装置能够在一个平面上移动。它甚至可以爬上一个45度的斜坡，并携带一个重达其自身重量10倍的物体。当旋转磁场的方向被扭转时，机器人也同样扭转了它的前行方向。

现在研究人员希望，一旦进一步发展，该技术可以在微流控系统内的泵，或用于输送药物或在患者体内执行其他功能的柔性微型机器人等应用中找到用途。

这项研究在最近发表在《ACS应用材料与界面》杂志上的一篇论文中进行了描述。

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