紡織品讓“軟機器人”更人性化

在20世紀初，捷克作家卡雷爾·恰佩克(Karel Capek)創作的三幕科幻劇《羅薩姆的萬能機器人》(Rossum’s Universal Robots)中第一次出現了機器人“Robot”一詞，到2020年恰好100周年。在劇中，依賴于工廠的智能機器人被視為人類的威脅。冰冷堅硬的軀殼給人一種非人或異類的視覺印象。隨著機器人技術的應用在人體、工作場所和環境等方面的拓展，人們的關注點開始放到更加柔軟靈活的機器人上，因此柔性紡織品在人們的機器人想象中扮演著更重要的角色。

在2013年出版的《軟機器人》第一篇相關論文中，主編解釋了人類在這一領域的創新動機，即他們通過將軟材料構建到機器基本設計中，或完全由紡織軟材料構建，為全新類型的機器設計創造出一種未開發的資源，為其增加了一個新維度。

這是技術思維的重要轉變——開始圍繞機器人的作用及它如何與人類共存甚至增強人類的創新能力。在太空、軍事、醫療和材料等應用領域尋找新方法，通過其獨特的屬性（包括力量、智慧、靈活性和柔軟性）給人類社會帶來更多助力。

太空領域

在人類登上月球之前，美國宇航局（NASA）已發送過“漫游者號（Ranger）” “勘測者號（Surveyor）”和探月飛行機器人來收集和傳輸信息，為人類太空旅行做準備。這些機器人在設計性能和牢固度上得到進一步強化，其外觀和行為方式在太空研究機器人中最為常見。

美國宇航局NASA紡織設計師也因此應運而生，他們努力將機器人技術和服裝結合起來，希望設計出機器人手套。手套指尖實際上就是傳感器，可將手指固定到工具或設備上，再按壓即可松開。手套的厚度具有保護功能，可提供肌肉支撐同時又不降低靈活性。NASA的設計師將此描述為“像在給手提供動力轉向”。

將傳感器和執行器結合可使可穿戴技術更加智能化，機器人手套就是其中一種。但在將其提升到機器人水平時，業界的預期和方法也轉而投向更高水平的物理支持，因此這對紡織品的設計提出了更高的要求。

軍事領域

美國軍方需要能像人一樣的機器人，因此他們的創新技術主要體現在如人體的框架骨骼上，幾年來的研發不斷推出新成果，比如載重機器人（HULC）可創新減輕穿戴者，他們在劇烈壓力條件下能穿越崎嶇地形，克服肌肉緊張情況。不過，受傷士兵的治療也是一個研究領域。

美國匹茲堡大學醫學院（University of Pittsburgh School of Medicine）為此專門創建了一個多學科團隊，研發背包式創傷護理（TRACIR）技術。他們將機器人技術與人工智能（AI）結合，研發出具有嵌入式傳感器、軟硬結合的機器人套裝，傳感器放置到體內以便對患者的受傷情況進行評估。此外，AI算法還有助于指導重癥護理并應用穩定的治療方法，如靜脈輸液和某些藥物等。

此外，美國皮特軍事醫學研究中心（Pitt’s Centre for Military Medicine Research）表示，花費達310萬美元的智能變形物尤其有利于邊遠戰斗區域，因為出現緊急情況時那里的士兵不易撤離，這類機器人提供幫助，發揮極大的作用。他們正通過融合多個傳感器中獲取的數據及使用機器人學習的方式，希望有更多預測性心肺復蘇機會，有望保存受傷士兵的力量。

醫學領域

哈佛大學威斯生物啟發工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）近年來為人類做出的重要貢獻是，讓軟機器人開創出更廣的領域。他們同哈佛大學工程與應用科學學院（SEAS）合作，促成了多關節軟護套的研發。同時，通過運用機器學習算法，有效地將各個軟式可穿戴護套的控制策略個性化。

他們受折紙啟發設計出一種柔軟而結實的人造肌肉，它能舉起自身數千倍的重量。他們使用彈出式微機電系統（Pop-Up Mems）創造出一種內窺鏡手術中使用的小型柔性混合傳感器，它由4層激光加工不銹鋼構成，中間夾有一層柔性聚合物，層壓后可與銅自動組裝，從而創造了導電性能。

在制作過程中可看到材料在超聲波池內攪動，2D材料通過僅有2.7毫米的集成彈簧“彈出”到3D傳感器中。這種軟硬層的混合恰似鮑魚殼，這是紡織技術人員受仿生學啟發，一直期待模仿的東西。

機器人皮膚

幾十年前，人造皮膚專注于在外觀上復制人類皮膚。這種皮膚常由聚氨酯制成，用作機器人或假肢的惰性美學覆蓋物。如今，正如e-紡織尋求電子和紡織品之間形成更大的集成，機器人專家也在尋找機器人和皮膚一體化的方法。

針對這一點，德國德累斯頓離子束物理和材料研究所（Institute of Ion Beam Physics and Materials Research in Dresden）研發出一種兩用電子皮膚。它能使用磁微機電系統（m-MEMS），同時又能處理接觸式和非接觸式刺激，它還具有區分不同刺激類型的能力，可望增強更多功能（AR）并為醫學領域提供新的作用，讓虛擬或強化的現實感更直觀且自然產生互動。在《自然機器智能》雜志發表的一篇論文中，美國南加州大學研究人員指出軟機器人技術和多感官抽象具有新發展潛力，這將進一步開拓機器智能的新領域，并在其中展示出情感對等特性，提供調查意識、智能和感覺過程。

紡織和服裝行業希望有更高級的紡織和智能化的功能，機器人技術帶來的這些發展正恰逢其時地順應了紡織科技的需要：對新觀念和產品研發保持開放的態度對任何一方都有利，正因如此，紡織工業才最具有創新發展的潛力，當然這還需要向其他行業吸取很多很多有益的內容。

（據美國紡織創新網https：//www.innovationintextiles.com/textiles-assume-greater-role-in-soft-robots/近期資料）