章魚Octobot誕生：軟體機器人大有可為

章魚Octobot誕生：軟體機器人大有可為

文/毛小北

嘿，還記得終結者電影中那個可以隨意彎曲的機器人嗎，如果他出現在現實世界將會是什麼樣子？當然，電影里的機器人很難真的走進我們的現實生活，但功能類似的機器人卻真的實打實地出現了，他們被稱為「軟體機器人」。

近日，一隻外表類似「章魚」的機器人成功吸引了人們的眼球。它是由美國科學技術研發的，第一款全部由柔性零件組成的全自動、自帶燃料、自力更生的軟體機器人，取名Octobot。

據介紹，Octobot由硅橡膠製成，其控制系統是一款柔性微流體晶元，內部的閥門和開關由壓力激活，引導液態燃料流過「身體」，從而控制8隻「爪子」的動作。因為軟體機器人的結構和材料是非線性的，且擁有高自由度，這導致了機器人的動作任務比剛性機器人更加複雜，對演算法和控制系統的要求非常高。

那麼，軟體機器人相比剛性機器人是否功能更加強大？軟體機器人目前處在哪個階段，未來發展可應用在哪些領域？帶著這樣的問題，我們來略窺一二。

功能強大 成本低廉

軟體機器人就是一種柔性機器人，它的模型大多來自於自然界的軟體生物，如機器蛇、海洋水生動物機器人等。軟體機器人與剛性機器人誰更強大？想找出一個合適的答案似乎很難，因為他們本身的應用方向就不盡相同。

從它們的定義就能看出，軟體機器人更加柔軟，其製作材料主要是柔性的材料，而不是傳統的剛性連接器和外殼。比如Octobot，他的身體可以隨意彎曲變形，並且短小精幹，身體可以承擔相當於自己體重10倍的物品。

此外，因為軟體機器人的結構和材料是非線性的，且擁有高自由度，這導致了機器人的動作任務比剛性機器人更加複雜，對演算法的要求非常高。目前，形態計算就是一個研究方向，它能實現多樣的物理模型。可以這麼理解，形態計算就是機器人的身體可以實現計算任務，不需要外部演算法。

軟體機器人運動原理也很特殊，整個機器人並不需要用傳統的馬達等動力裝置驅動，目前針對軟體機器人的驅動研究主要分為兩個方向：第一個方法是模仿人或者動物的肌肉來做動作；第二種就是利用環境的變化來獲取動力，如溫度、空氣以及光照等方式。

來自波蘭華沙大學物理學院的研究人員就成功研發一款由液晶彈性體（LCEs）製成的軟體機器人，LCEs暴露在可見光下時會發生形狀的改變。如果感受到外界的光源，其形狀就會發生改變，變成履帶一樣。有了光的照射其身體也會相應地收縮，進而推動身體進行移動。想想看，僅需要陽光就能活動的機器人是不是很酷？

軟體機器人相比剛性機器人有很多優勢，它可以更好地適應各種環境，受到外界衝擊後也不會產生大的傷害，在空間狹小、非結構化環境下都可以完成複雜的任務。這樣的特殊性使其可以很好地應用在救援、醫學等領域，甚至武裝一下，他們還可以去從事間諜活動。

而最難能可貴的是，軟體機器人功能強大，但製作成本卻較為低廉，這主要歸功於其材料可以用3D列印等方式來生產，這樣成本就會比傳統的液壓機器人低得多。

核心技術待突破

雖然軟體機器人的強大讓科學家們神往，但各種需要解決的問題也隨之而來。比如，想要製造出能替代電池、電路等剛性部件的柔性零件就非常困難。雖然目前對此問題的研究已經初見成效，但今後如何改良仍舊是科研人員需要持續不斷研究的課題。

新研製出的「章魚機器人」由硅橡膠製成，其「大腦」是一款柔性微流體晶元，內部的閥門和開關由壓力激活，引導液態燃料流過「身體」，從而控制8隻「爪子」的動作。該研究的領導者之一、哈佛大學工程師羅伯特·伍德說：「它類似一個普通電路，只不過不是傳遞電子，而是傳遞液體和氣體。」

為製造「章魚機器人」的身體，研究人員將硅橡膠傾倒入一個章魚形狀的模具中，接著用3D印表機朝其中注入特殊墨水，隨後通過加熱來矯正其結構，並使墨水蒸發——在機器人的爪子內部留下一個中空的網路並同「大腦」相連，機器人的「大腦」通過這個中空管道同爪子「交談」。雖然看起來每一步都很簡單，但只要稍有差錯，我們的Octobot就可能會變成一具極具觀賞性的「屍體」。

目前，這款章魚機器人能活動大約8分鐘，消耗的燃料為1毫升。伍德說，他們並沒有設計讓這款機器人執行特定的任務，它也不能模擬真正章魚的「一舉一動」，它只不過證實了這一技術可行。

研究人員表示，未來他們將進一步提高微流體電路的複雜程度，使其更耐用；而且改進「爪子」設計的方法，讓其能更好地運動。如此一來，得到的軟體機器人或能實現更複雜的運動。

美國康奈爾大學的材料工程師羅伯特·謝普德對《自然》雜誌說：「現在，我們需要解決的問題是，如何對機器人重新編程，讓其執行不同的運動並對環境做出反應，而不僅僅是執行預編程的指令序列。」謝普德目前專註於研究是否能讓效率更高的微流體電路同柔性感測器相結合，從而製造出更智能、更能適應環境的軟體機器人。

可以這麼說，軟體機器人與剛性機器人相比，前者比後者更考驗製作者精度和科研技術，而後者由於技術已經較為成熟，所以對在技術上面臨的困難相對較輕，但在製作成本上卻比前者高出很多。

任何一項技術都需要從不成熟向成熟慢慢轉變，軟體機器人可以從事許多剛性機器人無法從事的工作，其前景大有可為，在解決技術上面臨的問題之後，軟體機器人將會迎來全面發展的時代。

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