美国《财富》杂志网(wǎng)站(zhàn)1月(yuè)1日刊发一(yī)篇报道,题(tí)为《为什么“软体机器人”让NASA、医生和技术专家如(rú)此兴奋?》。全文摘编如下:
多才多艺
“软体机器人”的吸(xī)引力在(zài)于其灵活性和通用性。
在美国国家航(háng)空航天局(NASA)科学家(jiā)的设想中,有(yǒu)朝一日它们(men)将在(zài)火(huǒ)星表(biǎo)面快速移动。还有科学家设想,它们将在人体内最隐秘的部位穿行。
美国佐治(zhì)亚理工(gōng)学(xué)院的工程学助理教授埃(āi)伦·马宗达(dá)说,另一种可能性是(shì),它(tā)们可被用于清理遭遇地震或火灾的建筑(zhù)物(wù)残骸。
它们能被用于修复手术吗(ma)?当然可以(yǐ)。充当帮助患者从伤病(bìng)或中风中恢复(fù)的外骨骼?为什(shí)么不呢?
将它们弯曲、塑(sù)形,制(zhì)成你想(xiǎng)要(yào)的任(rèn)何形状。软体机器人由(yóu)包括纳米材料(liào)在内的伸缩(suō)性最(zuì)强的材(cái)料制成,能够模拟(nǐ)人体肌肉功能等生物功(gōng)能。可以说,这些(xiē)机器人几乎被纳米材料赋予了生命。
问题在(zài)于,目前研(yán)究人员仅(jǐn)仅(jǐn)触及了软体机器(qì)人研究的皮毛。到2024年(nián),其市场规模预计将达到21.6亿美(měi)元。
相比(bǐ)之下,金属机器(qì)人(rén)的局限性要大得多。虽然人们在建造它们时考(kǎo)虑到(dào)了速度和(hé)精确性,使它们成为从事(shì)装(zhuāng)配线作业的理想(xiǎng)设备,但它们(men)并不那么(me)多(duō)才多艺。
软体机器人也(yě)可(kě)用于工业环境(jìng)——特别是作(zuò)为协作机器人(rén)(也被称为“cobot”)与人类一起(qǐ)工作时——但(dàn)它们并(bìng)不局限(xiàn)于工业环境。
贴合自然
正(zhèng)如(rú)美国杜(dù)克大(dà)学(xué)已故生物力(lì)学家史蒂文·沃格尔所写的(de)那样(yàng),软体机器人更符(fú)合(hé)自然界规律。在人类经常使用坚硬材料(例如金属或木头)的(de)地方,自然界更倾(qīng)向于使用柔(róu)软却有韧性(xìng)的材料(例(lì)如(rú)肌肉和软(ruǎn)骨)。他以门上的合页与另一种类型(xíng)的(de)合页——家养(yǎng)宠物的耳朵——为(wéi)例做了比较。
不(bú)过,人类已开始了解这一(yī)点。举例来说,我们越来越多地将液态金(jīn)属用(yòng)于(yú)3D打印。这种听上去像是来自科幻电影的材料(liào)可用于制造(zào)贴合不规则几(jǐ)何形(xíng)状(包(bāo)括人体)的可拉伸电子器件和可穿戴设备。
液态硅橡(xiàng)胶是另一个最佳的例(lì)子,长(zhǎng)期以来,这种材料令软体(tǐ)机器人研究界兴奋不已(yǐ)。2016年,哈佛大学的科学(xué)家们利用这种材料(liào)研发出史上(shàng)首款软体自主机器人“Octobot”。在章鱼的启发(fā)下,科学家研制出这种可伸(shēn)缩的机器(qì)人,它(tā)们能扭(niǔ)曲着绕过障碍物,而《终结者》或《星球大(dà)战》电(diàn)影(yǐng)中那(nà)些僵硬的金属(shǔ)机器(qì)人是无法这样做的。
该项目的研究(jiū)者、哈佛大(dà)学(xué)科学家迈克尔·韦纳对美国趣(qù)味(wèi)科学网站记者说:“这类机器人的一个非(fēi)常(cháng)有趣的潜在用途(tú)是(shì)执(zhí)行搜救(jiù)等高危任(rèn)务。”
令(lìng)人惊讶的是,“Octobot”机器人的制作成本比一杯拿(ná)铁(tiě)咖啡的(de)成本还(hái)低。而且,只需要花5美分(fèn)就能为其装(zhuāng)满燃料。可以想象,未来将有成百上千个廉价的软(ruǎn)体机器人被派往现场调查,它们将越过(guò)障碍物,在狭小的空间里(lǐ)穿行以协助(zhù)救援。
前景(jǐng)广(guǎng)阔
生物医学工(gōng)程(chéng)师吉娅达·杰尔博尼在2018年技(jì)术、娱(yú)乐与设(shè)计大会上发(fā)表演讲称:“研(yán)发软体机(jī)器人(rén)的(de)主要(yào)目标不是制造超精密机(jī)器,因为我们(men)已经拥(yōng)有它们(men)了,而是让机器人能够面对(duì)现实世界中意想不(bú)到的(de)情况。”
举(jǔ)例来说,NASA的(de)科(kē)学家(jiā)正在研发(fā)机器人,他们希望这些机器(qì)人不仅能在(zài)火星等一些遥远(yuǎn)的天(tiān)体上移动,还(hái)能形成临(lín)时掩(yǎn)体并执(zhí)行各(gè)种任务。
杰尔(ěr)博尼(ní)还谈到利(lì)用软体机(jī)器人技术来研发手术器械(尤其是内(nèi)窥镜),这样它们就能比传统器械(xiè)更(gèng)轻(qīng)松地在人(rén)体(tǐ)结构周围穿行。
同样,碳基钛(tài)聚合(hé)物可与(yǔ)合成聚合物结(jié)合,用于制(zhì)造超(chāo)薄人造(zào)肌肉(ròu)。这(zhè)项技术在韩国科学技术院(yuàn)制作(zuò)的飞舞(wǔ)的蝴(hú)蝶(dié)、飘动(dòng)的叶(yè)子、绽放的花朵(duǒ)等艺术复制品中得到了(le)展示(shì)。
不(bú)过,软(ruǎn)体机器人并非没有缺陷。具体(tǐ)而(ér)言,科学家们发现,液体(tǐ)致(zhì)动器(qì)——即赋予(yǔ)机(jī)器人“生命”的设(shè)备(bèi)——启动缓慢的(de)原因(yīn)是,它需要大(dà)量的液(yè)体来驱动,抑或其内部(bù)的各(gè)种结构(例如管道和阀门)致使液体流(liú)动速(sù)度放(fàng)慢。
哈佛(fó)大学的研究(jiū)人员(yuán)正在根据弹出式儿童玩具的(de)物理(lǐ)原理(lǐ)开发一(yī)种解决方法。他(tā)们注意到,按压这种玩具能够释放大量(liàng)能量,因而开(kāi)始设计一种带有两个弹出盖(一个嵌在另一个里(lǐ)面)的致动(dòng)器。当外层盖膨胀时,内(nèi)层盖的压力就会增大。当按压致动器时,释放的能量就可(kě)以(yǐ)推动装置前进。
软体机器人未来无疑将(jiāng)在(zài)社会中发挥更大的作用。人类的想象力有多广,它们的(de)可能性(xìng)就(jiù)有多(duō)大。