軟體機器人：擁有可生物降解的人造肌肉

提到機器人，人們早已不再陌生。機器人不僅可以代替人們進行工作，還可在惡劣、危險的自然環境或重復勞動中發揮自身特殊的作用。當前，我們在工業流水線等領域看到的機械臂、機器人，一般都是傳統意義上有著堅硬外殼和剛性連接器的剛性機器人。考慮到剛性機器人的應用場景相對有限，科學家們從軟體動物中不斷汲取靈感，并已開始將研究視角聚焦于軟體機器人層面。

從“鐵憨憨”到“可愛軟萌”的軟體機器人

長期以來，人們對于機器人的固有印象還停留在硬邦邦的“鐵憨憨”形象上。隨著科學技術的不斷迭代，研發領域持續推陳出新，機器人外形正呈現出“軟萌化”的發展態勢。2024年2月，豐田研究所發布了一項最新研究成果——軟體機器人“普尼奧”。“普尼奧”最顯著的特點在于其柔軟且富有彈性的軟體機器人的屬性。這一新型機器人的胸部、雙臂和雙手結構都被柔性材料所覆蓋，并配以尖端的觸覺傳感器件，以感知任何接觸其表面的物體。機器人在人類社會及其與人的互動中，觸覺感知與適宜交互尤為重要。柔性結構的存在，賦予了軟體機器人貼合和適應被抓握物體輪廓的能力，從而在增強摩擦力、穩定性的同時，實現了更為均勻的握持力度的分布。

如果我們仔細觀察軟體機器人的手臂便可發現，從其肩膀一直到手腕覆蓋著一個又一個的氣泡，每條手臂上各有13個，類似于人類手臂骨骼上所包裹的肌肉。這些氣泡都是通過模壓熱封的方式，由PVC材料所制成。軟體機器人的手腕部分是一個較大的氣泡，大臂、小臂則各由6個稍小的環形結構氣泡所構成。每個氣泡分別帶有兩個獨立內腔，并通過導管和壓力傳感器相連接，以探測施加在氣泡表面的外力作用。軟體機器人手臂上的每個氣泡，都可單獨調節增壓至合適壓力，并為手臂表面提供一定厚度的柔性層與最佳的剛度。此外，軟體機器人還“穿”著類似柔軟毛衣的織物套筒，能夠將手臂完全包裹在內。這一結構設計，不僅解決了導管的交雜纏繞問題，還能有效保護手臂上覆蓋的氣泡結構。

不過，作為軟體機器人的“普尼奧”，在柔性外表下，依然有著一顆“堅強”的心——其手臂、軀干和腰部均系硬質金屬結構?？茖W家們將軟體機器人的抗沖擊性、柔順性和簡潔的傳感模式等優勢與傳統剛性機器人的力量、可靠性和精準性等特點有機融合。在科學家的遠程操作訓練下，這一軟體機器人可以像人類一樣，不僅能使用雙手來勞作，還會充分利用手臂、胸部、肩膀等柔性區域來協同搬拿、扛舉大宗物品。

軟體機器人的獨特優勢

意大利技術研究院（IIT）的研究人員通過對自然界中的蚯蚓運動力學的深入剖析，研發出了一款專門的軟體機器人。該柔性機器人由5個串聯的制動器模塊所組成，全長0.45米，重0.6千克。表面覆蓋有柔軟的“彈性皮膚”，并封裝有流體物質，以模仿蚯蚓的內部結構。當空氣進入或抽出時，柔性機器人即會被拉長或壓縮，軟性材料交替收縮產生逆行蠕動波，從而以蠕動爬行的形式來前行。

一方面，基于軟體生物結構的仿生設計，軟體機器人相比傳統剛性機器人有著更大的變形能力和自由程度；另一方面，軟體機器人的制作材料，多為可產生較大應變的柔軟彈性材料，能夠借助自身形狀的連續變化來實現狀態運動。這也使得軟體機器人具有對目標物適應性強、與環境接觸碰撞力小等優勢。其不僅可以進入極為狹小的空間范圍，還可根據實際環境情形而任意變形、壓縮。

前述獨特優勢的存在，令軟體機器人在搜索、救援、航天等領域都有著極為廣闊的應用前景。在災難救援方面，軟體機器人可鉆入各類特殊、危險環境中尋找傷者，并提供專業幫助。此外，科學家們還嘗試利用軟體機器人在狹小空間內運行的特點，拓展其在航天器、空間站內部設備運維和操作等任務中的新興應用。

軟體機器人的可生物降解人造肌肉

同傳統的剛性機器人一樣，軟體機器人同樣有著使用壽命的期限。當軟體機器人達到使用上限后，其制作材料會不會對環境造成影響呢？在綠色技術的加持下，科研家們研發出了一種用于軟體機器人的可生物降解人造肌肉。這種材料在達到使用上限后，并不需要長期填埋，只需放入堆肥箱內6個月左右，即可實現完全意義上的生物降解，并成為植物生長所需的肥料。

基于高彈材料所制成的生物降解人造肌肉，類似于充滿油的塑料容器，被一對電極所覆蓋，通過電極上施加電壓的收縮和放松，以達到同人體自然肌肉一樣的拉伸效果。由于油和塑料容器都是電的絕緣體，可承受帶電電極所產生的高電應力。

人造肌肉的可生物降解性特點，使得該材料即便在人體內，亦可安全分解，從而大大減少了潛在的醫療風險問題。同時，這一可生物降解人造肌肉，還有可能會對涉及臨床醫療等多個行業領域帶來極大影響，如：選擇該材料來制作植入人體的可降解心臟起搏器，可為心臟疾病患者提供更為安全、可靠的診療選擇。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com