软体机器人？他能像大白一样给我一个温暖的拥抱吗？
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提到机器人，可能大部分人会想到的是那些机械的外壳、冰冷的金属。像星球大战里的See-Threepio（C-3PO），又或者想到了首个具有公民身份已经能够半开玩笑的索菲亚。
我们似乎不能一下将那些能够挑战各种高难度动作的机器人，跟“材质柔软”这样的词联系在一起。
所以电影《超能陆战队》中的大白，这个可爱无害的机器人一出现就征服了我们。
那么，有没有想过在现实生活中也能有这样可爱柔软的机器人呢？
最近，美国普渡大学的研究人员发明了一种由轻质惰性泡沫材料制成的软体机器人。他们在它的表面裹上了一层特殊的聚合物，这种聚合物在受热后可以自由改变形状和硬度，恰如人类的肌肉一样。这两种材质组合在一起，可以像人类四肢一样柔韧灵活的弯曲、运动。
除此之外，软体机器人的基础材料——肌肉纤维的研究也有了突破性进展。
▏人造肌肉的最近进展
最近麻省理工学院（MIT）的研究团队利用“热胀冷缩”的原理，制造出一种人造肌肉纤维，单根纤维可以承受自身重量的650倍的物体，而且能够将成本降到每米6美分（折合人民币约4毛），这种轻便和低成本的优势无疑给软体机器人赋予了新的活力。
1 米长的“人造肌肉”纤维，这段材料的成本大概是6美分
来源：Mehmet Kanik
而且这种人造肌肉的耐久性也经过了专业的测试，比如把纤维和零件拟人化的装成一个“锻炼肱二头肌的手臂”，去提放手臂的“哑铃”，经过了1万次的拉伸测试，纤维的强度并没有下降。
其实，早在2017年MIT研究人员就创造了具有肌肉的柔性机器人握把和升降装置。他们用空气或液体将肌肉结构高压包裹起来，制造出可被编程操作的多方位运动机器人，且成本不到1美元。
柔性机器人握把
我们知道，软体机器人之所以大受欢迎，主要的特点在人可以获得更好的互动体验。而这种体验的需求在健康医疗领域更加的强烈和迫切。
▏用于生物医疗的可穿戴机器人
哈佛大学生物设计实验室(Biodesign Lab)的科学家们正在使用可穿戴的软系外装，帮助受伤或患有神经疾病(如中风)的人再次独立行走。这些轻便的纺织品套装配有传感器，可以对个人的步态提供反馈和分析，让可穿戴机器人能够适应每个人的特定步行方式。此外，纺织品质地柔软，穿在身上感觉就像穿裤子一样。
2017年，哈佛大学(Harvard University)和波士顿儿童医院(Boston Children’s Hospital)的一个项目中，艾伦·罗氏(Ellen Roche)率先推出了一种硅基心脏套管。机械臂可以安全地与软组织相互作用，帮助心脏跳动，降低凝血的风险，它巧妙地模仿了心脏的外层，由柔软的气动执行器驱动。
软体机器人套筒泵的体外演示
我们知道，心力衰竭影响全球4100万人。今天，处理它的常规选择使用一种为机械泵辅助装置治疗（VAD），这种由电池驱动的机械泵装置被手术植入腹上部。它将血从左心室泵入主动脉，也用于等待心脏移植的病人中。虽然VAD在持续的改善，但是患者仍然有血栓和中风的高风险。
为了创造一种不与血液接触的全新设备，哈佛大学的研究人员使用包裹有驱动器的薄硅胶套管模仿哺乳动物心脏的外部肌肉层，驱动器进行着与跳动的心脏类似的动作，扭转和压缩套管。
在猪体内的心力衰竭辅助治疗演示
软体机器人在医疗的发展和应用打破了传统机器人的形象设定，他们甚至已经不是一个独立的个体存在，而渐渐的演变成人的一部分，就像可穿戴设备一样，轻便而高效的服务着人类。
除了医疗设备中的软体机器人，还有一部分软体机器人被广泛的应用于制造、生活甚至是军事领域。
也许你不禁要问，如此被大规模而广泛的应用，创造这些机器人的灵感都是从哪里来的呢？
自然万物。是的，植物和动物在进化的过程中，形态、功能的演变都带给人类极大的启示，这也正是仿生学的极大发展。
▏制造业中的柔性机器人
国外的动物展馆新增了一个像水蛭的机器人，它可以翻墙，它的腿在水中行走的时候可以像乌龟的鳍状肢一样改变形状。这种机器能够弯曲成不同形状的能力是由它的架构组成实现的。蜂窝气动网络结构（HPN）是这个机械手的基础，是一种可以被3D打印出来的材料，具有很强的承载力。
图（a）为水蛭示意图，（b）为演化后的软体机器人
这一强有力而又软性的机器人正应用于制造业，并给工业制造业带来了翻天覆地的变化。Soft Robotics的公司也以章鱼的触手为原型，打造了一种能够抓取和包装最易碎或易压物品(包括食物)的手。
Soft Robotics 机器手
▏垃圾分类机器人
RoCycle的材料探测机器人配有一个带有触觉传感器的手，手的材质为聚四氟乙烯。可以将物品分类成塑料、纸张或金属。这一技术应用也将为垃圾分类带来巨大的工作便利。
RoCycle可以检测物体是纸张，金属还是塑料
▏航天领域的充气宇航员
还有一种机器人在太空应用中至关重要。NASA和美国海军都在研究完全由充气织物制成的机器人。这样的机器人可以在太空或者星球水下危险的环境中，轻巧而坚固的系统材质使得他们可以更安全与外界接触。下图世界上第一个充气宇航员将来自Pneubotics公司的King Louie，他是通过VR头盔控制的。
▏温暖的针织机器人
如果说软体机器人曾经带给人一种最深的温暖感觉，除了大白，那非卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的针织机器人莫属了。
在柔性材料的迅速发展之下，科学家们结合仿生学（比如毛毛虫、蛇等动物）设计了软体机器人，这种不使用电机驱动，依靠肌腱进行驱动，因此避免了很多麻烦。但其难点就在于材料和生产上，材料的限制导致很多运动无法实现，同时导致了制造的困难。
5月，美国卡内基梅隆大学的研究人员开发了一款软件，用此软件来控制针织机，以制造毛绒玩具和其他由肌腱驱动的针织物。研究人员把这种方法拓展到了软体机器人和柔性可穿戴设备的生产制造上，相信有一天这种技术能够高效经济的指导柔性设备的生产。
软体机器人的发展将会持续的改变我们对于机器人的认知，他们灵活、轻便、柔软，比传统的机器人更有温度。随着智能机器人技术的发展，软体机器人会同情感机器人、纳米机器人一样成为未来机器人领域的研究热点和攻克方向。
你还有了解到其他软体机器人的最新应用吗？
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参考来源：
Learn More About the Soft Robots that are Changing the Field of Robotics, Discover, July, 2019
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