說到機(jī)器人,我們可能第一個(gè)想到的變形金剛、鋼鐵俠,然后就是各種的家庭護(hù)理機(jī)器人,掃地機(jī)器人等。
這些機(jī)器人有個(gè)共同特質(zhì):外殼不是金屬就是塑料質(zhì)地,身體很堅(jiān)硬很結(jié)實(shí),但是很不靈活。
另外,“硬體”機(jī)器人對(duì)使用者來說,還具有一定危險(xiǎn)性。比如工業(yè)機(jī)器人要被安裝在護(hù)欄內(nèi),以防止工人無意間過于靠近機(jī)器,被高速移動(dòng)的金屬臂弄傷。
所以,打造軟體機(jī)器人顯得格外重要。其實(shí),從本世紀(jì)初開始,研究界就已經(jīng)將新方向鎖定在“柔軟機(jī)器人”(Soft Robotics)領(lǐng)域。
軟體機(jī)器人是一種新型柔韌機(jī)器人??茖W(xué)家最新研究的軟體機(jī)器人是采用紙質(zhì)和硅橡膠制成,能夠彎曲、扭轉(zhuǎn)和抓起自身重量100多倍的物體。同傳統(tǒng)機(jī)器人相比,它們靈活、適應(yīng)性強(qiáng),危險(xiǎn)性也更小。
講這么多,還是先來看看目前有哪些軟體機(jī)器人吧。生物因其軟體特性,可以高效、和諧地與自然界進(jìn)行各種交互與作用。
應(yīng)用軟體材料的軟體機(jī)器人當(dāng)然也能像生物體一樣改變自身的形狀。既然是軟體嘛,那它原始的形狀肯定不會(huì)是你能想到的那種方方正正或者圓圓的。
一、章魚型
章魚沒有內(nèi)外骨骼,八只爪子能靈活的夠伸向各個(gè)方向,能緊緊地纏繞物體,能自由伸長(zhǎng)或縮短、變軟或變硬。能隨著環(huán)境的變化自如地變化著身體。
章魚機(jī)器人的用途很廣,它能幫助人類進(jìn)行水下修理。當(dāng)船底破損,修理是一件危險(xiǎn)、困難、昂貴的事。但是,章魚機(jī)器人能完美地幫人類解決這個(gè)問題。
章魚還擁有很高的智商。相比于其他的軟體動(dòng)物,章魚的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展地更為完善,不過仍然有著自己的限制。
章魚機(jī)器人的機(jī)械臂受到突然增大的壓強(qiáng)影響,會(huì)膨脹舒展,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。排氣孔同時(shí)保證氧氣最終會(huì)通過排氣孔排出。
3、軟體章魚機(jī)器人
希臘的研究人員使用硅膠樹脂和蹼,研制出了一種章魚機(jī)器人。
這種機(jī)器人簡(jiǎn)直可以同實(shí)體相媲美,甚至可以騙過水里的魚——它們游動(dòng)時(shí)會(huì)有些小魚跟在后面。
和之前用硬塑料做的實(shí)驗(yàn)品相比,這個(gè)機(jī)器人可以移動(dòng)得更快。雖然還沒有真的章魚游得那么快,但對(duì)于這個(gè)尺寸的機(jī)器人來說,已經(jīng)超乎人們的想象了。
研究人員相信,如果給這個(gè)機(jī)器人裝上攝像頭的話,與普通機(jī)器人和人類相比,它就可以在沒有干擾的情形下觀察海底動(dòng)物。
二、管型
能捉昆蟲的機(jī)器人
據(jù)悉,來自美國(guó)愛荷華州立大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種微型軟管觸手機(jī)器人,它又軟又小,可以困住螞蟻大小的昆蟲但并不會(huì)弄死。
負(fù)責(zé)這個(gè)項(xiàng)目的電氣/計(jì)算機(jī)工程師Jaeyoun表示,微型機(jī)器人和柔性機(jī)器人已經(jīng)成為目前機(jī)器人領(lǐng)域中的新趨勢(shì)。
他們所發(fā)明的微型軟管觸手機(jī)器人采用聚二甲基硅氧烷材料制造,長(zhǎng)度約為8毫米,而寬度甚至還不足1/100英寸,軟管內(nèi)部則是由特殊線圈所構(gòu)成的動(dòng)力系統(tǒng)。
未來,這款微型機(jī)器人很有可能會(huì)被用于醫(yī)療領(lǐng)域。
三、星型
軟體充氣機(jī)器人
據(jù)了解,在過去的十幾年里,手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)較為廣泛的應(yīng)用到了醫(yī)療手術(shù)中,比如,前列腺摘除、子宮摘除等手術(shù)機(jī)器人就發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)。
可以說機(jī)器人在醫(yī)療當(dāng)中的應(yīng)用越來越廣泛,但是使用機(jī)器人做手術(shù)也有很大風(fēng)險(xiǎn),并且成本也非常高。
美國(guó)哈佛開發(fā)出的軟體機(jī)器人在醫(yī)療上的作用是非常明顯的,在該機(jī)器人的色彩層上涂上了一層會(huì)發(fā)光的化學(xué)物質(zhì)。
這種機(jī)器人是用有彈性的塑料材料制成的,并且在內(nèi)部還注入了壓縮性的空氣,對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。
傳統(tǒng)的金屬性質(zhì)的機(jī)器人是通過比較復(fù)雜的反饋的機(jī)制來完成手術(shù)操作的,缺點(diǎn)是這有可能會(huì)破壞人體的組織。
而這種軟體機(jī)器人使用橡膠制成的,這樣就減少了手術(shù)給人體造成的創(chuàng)傷的可能性。
另外,借助醫(yī)療設(shè)備,這種橡膠機(jī)器人能夠進(jìn)入到較小的空間內(nèi),還能夠改變自己的形體,這樣就能夠適應(yīng)一些負(fù)責(zé)手術(shù)的要求。
四、履帶型
來自波蘭華沙大學(xué)物理學(xué)院的研究人員就成功研發(fā)了一個(gè)15mm軟體機(jī)器人。
這是一款由液晶彈性體(LCEs)制成的軟體機(jī)器人,LCEs暴露在可見光下時(shí)會(huì)發(fā)生形狀的改變。
如果感受到外界的光源,機(jī)器人的形狀就會(huì)發(fā)生改變,變成履帶一樣,有了光的照射其身體也會(huì)相應(yīng)的收縮進(jìn)而推動(dòng)身體進(jìn)行移動(dòng)。
據(jù)了解,通過對(duì)光源的控制,該軟體機(jī)器人能完成各種特殊的任務(wù),例如爬陡坡、鉆進(jìn)極其狹小的空間。
最不可思議的是,雖然體型不大,但它能四兩撥千斤移動(dòng)比它個(gè)頭大10倍的物體,如果在這種機(jī)器人身上安裝一個(gè)攝像機(jī)或者麥克風(fēng),甚至還可以應(yīng)用于間諜活動(dòng)。
五、其它
浙江大學(xué)舉辦過一次“軟體機(jī)器人比賽”,可以說,軟體機(jī)器人的這些應(yīng)用在不久的未來將出現(xiàn)在人們的生活中。
比賽的一個(gè)主要項(xiàng)目是比拼軟體機(jī)器人的爬行速度,并測(cè)試它是否能越過小的障礙和坡度。
在比賽現(xiàn)場(chǎng),可以看到,底部用硅膠制作的類似坦克履帶的NOOMY軟體機(jī)器人,不過手掌大小,利用電驅(qū)動(dòng),順利地通過由4塊黃色塑膠板拼成的1米多長(zhǎng)的“跑道”,用時(shí)50秒左右。
還有形狀像毛毛蟲的尺蠖軟體機(jī)器人,它利用氣動(dòng)的原理緩慢向前蠕動(dòng),選手可以人工控制機(jī)器人的前進(jìn)速度。
在另一個(gè)比賽項(xiàng)目中,選手們展示軟體機(jī)器人概念性的工業(yè)設(shè)計(jì),比如極視眼、軟軟按摩機(jī)器人等。它們需要有更多技術(shù)支持來變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
結(jié)束語(yǔ)
軟體機(jī)器人能做很多剛性機(jī)器人無法做到的事情,其發(fā)展是機(jī)器人的一個(gè)必然的趨勢(shì)。
雖然說,一直以來,災(zāi)險(xiǎn)救援、極端環(huán)境探測(cè)時(shí)傳統(tǒng)機(jī)器人的剛性材料經(jīng)不起撞擊,會(huì)在未知復(fù)雜的環(huán)境中拖后腿。
但是,不管什么時(shí)候軟體機(jī)器人都不能完全取代剛性機(jī)器人。未來,軟體機(jī)器人和剛性機(jī)器人必定是相輔相成,共同在人類社會(huì)中發(fā)揮作用的。