哈佛新作毫米级软体机器人诞生，无刚性部件微流体控制颠覆机器人定义
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本周，软体机器人领域又有了新进展。一篇关于哈佛最新软体机器人的标题为Increasing the Dimensionality of Soft Microstructures through Injection‐Induced Self‐Folding的文章发表在了《先进材料》（Advanced Materials）杂志上，引来国内外众多关注。
这是一种多功能毫米级蜘蛛机器人，灵感来自于澳大利亚小孔雀蜘蛛。两年前，哈佛大学的研究人员展示了一种受章鱼启发的世界第一个软体机器人，名叫Octobot。那是一个彰显极简主义的机器人设计，目的在于向外界展示:在当时，这样的软体机器人是可以成为现实的。研究人员称,此次的新成果蜘蛛机器人是Octobot项目的明确进展，原来的Octobot有巴掌大小，而现在的蜘蛛机器人已经缩小到了毫米级。
（Octobot章鱼机器人）
两者都是完全独立的软体机器人，没有硬电子元件，没有电池或计算机芯片，并且也不需要连接到计算机就可以自主移动。不同的是，Octobot章鱼机器人内置的是燃料储存系统，而蜘蛛机器人没有刚性部件，完全是从微流体系统中获得动力实现各种能力的。在蜘蛛机器人的主体内部是一个薄的中空管系统，通过向该系统泵送特种液体，可以驱动其四肢。
蜘蛛机器人全身仅由硅橡胶制成，和Octobot章鱼机器人一样，都为无色，当研究人员用其他管子填充有色液体时，可以使蜘蛛的眼睛变亮，使其呈现出更加丰富多彩的腹部图案，就像真正的孔雀蜘蛛一样。
将液体泵入腿部的通道也可以使其“行走”。虽然目前的机器人本身并没有为任何实际目的做好准备，但该团队表示，这更像是MORPH生产方法的概念验证。MORPH生产方法是研究人员开发出的一种制造设备的新方法，全称为Microfluidic Origami for Reconfigurable Pneumatic/Hydraulic。哈佛大学威斯学院的Donald Ingber 表示，MORPH方法可以为那些更专注于医疗应用的研究人员开辟软体机器人领域，这些机器人较小的尺寸和灵活度可以为内窥镜和显微外科提供全新的方法。
而之前的Octobot章鱼机器人内部搭建的是微流体逻辑电子回路，可控制铂粉对燃料的催化作用，该化学反应将为其提供动力。通过微流体控制器，Octobot以过氧化氢为燃料，产生大量气体，气体交替释放进入机器人触手，这时 Octobot 看上去就像是在跳舞，不停地上下摆动触角，并在这个过程中实现自身的移动。Octobot 只需一毫升的过氧化氢液体燃料就可移动长达 8 分钟左右的时间。
虽然制作 Octobot机器人所需材料对于大部分微流体实验室来说都是现成的，但研究人员大约进行了 300 次尝试才最终调配成合适的比例配方。这个环节过程包括：首先，研究人员将一个微流体控制芯片放到一个定制完成的空模具中，然后将硅树胶混合物倒入模具内，覆盖住芯片，吸出所有的气泡。之后再使用 3D 打印机将两种墨水线注入硅树胶，烘烤四天，让机器人完成密封定型。在烘烤过程中，其中的一种墨水线会蒸发，形成供加压气体通过的中空管道，另一种为前面提到的铂线，负责将液体燃料转化为气体。
这项研究的共同作者Sheila Russo表示：最小的软体机器人系统仍然非常简单，通常只有一个自由度，这意味着它们只能促成一种特定的运动形状或类型的变化。而新成果蜘蛛机器人具有18个自由度，包括结构、运动和颜色的变化，以及微米范围内的微小特征。
蜘蛛机器人由12层薄层组成，使用激光蚀刻出来然后粘合在一起，能够呈现出一种3D结构。为了达到其最终形状，研究人员还通过可固化树脂为这些微流体通道中的一些加压。使用激光微加工技术从模具中精确切割每一层，然后粘合到下面的一层以创建软蜘蛛的粗糙3D结构。当用来自外部的UV光照射时，树脂硬化并使较软的层永久地弯曲成所需的形状。
研究团队称，柔软的动物机器人可以安全地部署在难以进入的环境中。在未来，相比刚性机器人，它们更适合帮助我们模拟和理解小型动物的结构 - 功能关系。而本文介绍的用于制造毫米级软材料的新方法将为新一代用于医疗和环境任务的柔性微型机器人提供启示。
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