美国《财富》杂(zá)志(zhì)网站1月1日刊发一(yī)篇报(bào)道(dào),题为《为什么(me)“软体机器人”让NASA、医生和技术专家如此兴奋?》。全文摘编如下:
多才多艺
“软体机器(qì)人(rén)”的吸引力在于其灵(líng)活性和通用性。
在美国国家(jiā)航(háng)空(kōng)航(háng)天局(NASA)科学家(jiā)的设想中(zhōng),有朝一(yī)日它们(men)将在火(huǒ)星表面快速移动。还有(yǒu)科学家设想,它们将(jiāng)在人体内最隐秘的部(bù)位穿(chuān)行(háng)。
美国佐治亚理工(gōng)学院的工程学助理教授埃伦·马宗达说,另一种可能性是,它们可被用于清理遭遇(yù)地震或火灾(zāi)的(de)建筑物残骸。
它(tā)们(men)能被用于修复(fù)手术吗?当然可以。充当(dāng)帮助(zhù)患者从(cóng)伤病或中风中恢复的外骨骼?为什么不(bú)呢?
将它们弯曲、塑(sù)形,制成你(nǐ)想要的任何(hé)形状。软体机器人由包括纳(nà)米材料在内的伸缩(suō)性(xìng)最强(qiáng)的材料(liào)制成,能够模拟人体肌肉功能(néng)等生物功能。可以说,这些机器人(rén)几(jǐ)乎被纳米材(cái)料赋予了(le)生命(mìng)。
问题在于,目前研(yán)究人(rén)员仅仅(jǐn)触及了软体机器人研究的(de)皮(pí)毛。到(dào)2024年,其市场(chǎng)规模预计将达到21.6亿美元。
相比之(zhī)下,金属机器人的局限(xiàn)性要大得多。虽然人们在建造它们时(shí)考虑到了速度和精确性,使它们成为(wéi)从事装配线作业的理想设备(bèi),但它们并(bìng)不那么多(duō)才多艺。
软体机器人也可用于工业环境——特别是作为协(xié)作机器人(也被称为(wéi)“cobot”)与(yǔ)人类一起(qǐ)工(gōng)作时——但它们并不局限于工(gōng)业环境。
贴(tiē)合(hé)自(zì)然
正如美国杜克大学已故生物力学家(jiā)史蒂(dì)文·沃格(gé)尔所写的那样(yàng),软(ruǎn)体机器人更符合自然界(jiè)规律。在(zài)人类经(jīng)常使用坚硬(yìng)材料(例如(rú)金属(shǔ)或木头)的地方(fāng),自然界更(gèng)倾向于使用(yòng)柔软却有韧性的材料(例如肌(jī)肉和(hé)软骨)。他以(yǐ)门上的合页与另一种类(lèi)型的合页——家养宠物的(de)耳朵(duǒ)——为例做了比较。
不过,人类已开始了解这一(yī)点。举例来说,我(wǒ)们越来越多地将液态金属用于3D打(dǎ)印。这种听上去像是来自(zì)科幻电影(yǐng)的材料可用于制造贴(tiē)合不(bú)规(guī)则(zé)几何形状(包(bāo)括人(rén)体)的可拉伸电子(zǐ)器件(jiàn)和可穿(chuān)戴设备。
液态硅橡胶是另一个最佳的例子,长期以来,这种(zhǒng)材料令(lìng)软体机器人研究界兴(xìng)奋不已。2016年,哈佛大(dà)学的科学家们利用这种材料研发(fā)出史上(shàng)首款软体自主机(jī)器人“Octobot”。在章鱼的启发下,科学(xué)家研(yán)制出这(zhè)种可伸缩的机器(qì)人,它们能扭曲着绕过障碍物,而《终结者》或《星球大战》电影中(zhōng)那些僵硬的金(jīn)属机器人是无法这样做的。
该项目的研究者(zhě)、哈佛大学科学家迈克尔·韦(wéi)纳对美国趣味科学网站记者(zhě)说(shuō):“这类机器人的一(yī)个非常有趣的潜在(zài)用途是执行(háng)搜救等高危任务。”
令人(rén)惊讶的是,“Octobot”机器人的制作成本比一杯拿铁(tiě)咖(kā)啡的成(chéng)本还(hái)低。而(ér)且(qiě),只(zhī)需要花5美分就(jiù)能为其(qí)装满燃料(liào)。可以想象,未(wèi)来将有成百上千个廉价的软(ruǎn)体机器人被派(pài)往现(xiàn)场调(diào)查,它们将越(yuè)过障碍物,在(zài)狭小(xiǎo)的(de)空间里穿行(háng)以协助(zhù)救援(yuán)。
前景(jǐng)广(guǎng)阔
生物(wù)医学工程师吉娅达·杰尔(ěr)博尼在2018年技术(shù)、娱乐与设计大会(huì)上发表演讲称:“研(yán)发软体(tǐ)机器人(rén)的主要目标不是(shì)制造(zào)超精密机器,因为我们(men)已经拥有它们了,而是(shì)让机(jī)器人能够面对现实世界中意想不到的(de)情(qíng)况(kuàng)。”
举例来说,NASA的科学家正在研(yán)发机器人,他们希望这些机器(qì)人不仅能在火星等一些遥远(yuǎn)的天体上移动,还能形成(chéng)临(lín)时掩(yǎn)体并(bìng)执行(háng)各种(zhǒng)任务。
杰尔博(bó)尼还谈到利用软体机(jī)器人技术来(lái)研发手术器械(尤其(qí)是内窥镜(jìng)),这样它们就能比传统(tǒng)器械更轻松地在人体结构周围穿行。
同样,碳基(jī)钛聚合物可与合成(chéng)聚(jù)合(hé)物结合(hé),用于制造超(chāo)薄人造肌肉(ròu)。这项技术(shù)在韩国(guó)科学技术院(yuàn)制(zhì)作(zuò)的飞舞的蝴蝶、飘动(dòng)的叶(yè)子、绽放的花朵等艺(yì)术复制品中得(dé)到了(le)展示。
不过,软体(tǐ)机器人并非没有缺陷。具体(tǐ)而言,科学家们发(fā)现,液体致动器——即赋予(yǔ)机器(qì)人“生命”的设备——启动缓慢的(de)原因是,它需要(yào)大量的液体来驱(qū)动,抑(yì)或其内部(bù)的各(gè)种结构(例(lì)如管道和阀门)致使(shǐ)液体流动速度放慢。
哈(hā)佛(fó)大学(xué)的研究人员正在根据弹出式(shì)儿(ér)童玩具的(de)物(wù)理原(yuán)理开发(fā)一种解决方法(fǎ)。他们注意到,按压这种玩(wán)具能够释放大量能量,因而开(kāi)始设计一种带有(yǒu)两个弹出盖(一个嵌(qiàn)在另一个里面)的致(zhì)动器。当外(wài)层盖(gài)膨(péng)胀时,内层盖的压(yā)力(lì)就会(huì)增大。当按压致动(dòng)器时(shí),释放的能量就可(kě)以推动装置前进。
软(ruǎn)体(tǐ)机器(qì)人未来无疑将(jiāng)在社会中发挥(huī)更(gèng)大的(de)作用。人类的想象(xiàng)力有多(duō)广(guǎng),它们的可(kě)能性就有多大。