软体机器人研发专家的科研日常
2024-08-03李振坤
机器人只能由固态金属或塑料制成吗？机器人能像章鱼或水母那样柔软、灵活吗？软体机器人就是这样神奇的机器人，它由柔性材料制成，可以变换形状。那么，软体机器人研发专家的科研日常又是怎样的呢？
让机器人变得更柔软
软体机器人最大的特点是柔软，它能像动物一样蠕动、爬行、游泳，所以在探索复杂环境时有得天独厚的优势。其次，在交互方面，软体机器人更加安全，不会因为坚硬的外壳对人类造成伤害。
虽然软体机器人结构相对简单，但是由于其材料的特殊性，刚性机器人的制作、操控方法并不适用。选择何种柔性材料、如何设计驱动机制并精确控制它的运动轨迹，都是我们要攻克的难题。
我们将新型柔性材料——高分子聚合物、生物材料等，应用到软体机器人领域，使其兼具柔软度与耐久性；设计了气压驱动、电磁驱动、形状记忆合金驱动等各种智能驱动机制；开发了多种新的控制算法，使软体机器人能够根据外部环境调整运动轨迹和速度。
研发软体机器人的好帮手
在软体机器人研发中，3D、4D打印技术与智能材料功不可没。
4D打印技术是3D打印技术的延伸，指打印出来的结构能够在外界刺激下发生形状或者结构的改变。
智能材料是4D打印技术应用的一类新型仿生材料，具有可被程序控制、实现特定功能的特性。
将智能材料与3D、4D打印技术相结合，可以研发出结构、功能一体的软体机器人。
我们利用4D打印技术设计并制作了多种新型软体夹持器，并进一步将磁流变效应（在磁场中通过某种方式，影响物质流动的能力）引入到软体机器人夹持器抓取程序，在一定程度上解决了因软体机器人材料柔软产生的稳定性差、可夹取重量轻的问题。
流变机器人——可自由变形的“战士”
我们的脚步没有停下……
“如何从现有的软体机器人研发技术出发，创新出实用的液体机器人？”我们在科研过程中产生了这样的思考。
在查阅大量相关资料后，我们受到原生动物门动物（最原始、最简单、最低等的生物）的启发，提出了一个原创科学概念——流变机器人（Rheobot）。这类机器人的仿生对象是单细胞生物，具有变化刚度的能力，可无限变形和自我修复。
流变机器人概念的提出，打破了人们对软体机器人就是利用柔性材料、模仿章鱼等生物身体柔软性的刻板印象。在未来，软体机器人有望实现科幻电影所描述的液体机器人的强大功能。
现在的探索 未来的触手
在医疗领域，软体机器人能够适应人体各种复杂位置，可用于手术辅助、辅助治疗和康复训练；在制造领域，软体机器人能够模仿生物行为，实现柔性抓取和灵活定位，提高生产效率和产品质量；在军事领域，软体机器人可用于侦察、搜救和攻击等任务，极大提高作战效率和生存能力。
代码与创意交织，机械与柔软共存。让我们同软体机器人一起，共同探索未知的领域，用科技的力量创造出更加智能、有趣的未来。
（责任编辑 / 王佳璇 美术编辑 / 胡美岩）
