來源：學(xué)習(xí)時報 ,作者：張乃千 

一提起機器人,，人們首先聯(lián)想到的是電影《終結(jié)者》里由金屬材料制成的機器人,。日前，哈佛大學(xué)發(fā)明了全球首個全自動章魚仿生軟體機器人,。軟體機器人是采用特殊材料制成,，可實現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)和變形的新型韌性機器人,。相比于普通剛性機器人,，軟體機器人不包含任何電子元件，自帶燃料的同時不需要電池供電,，還具有自主運動,、靈活變身、巧妙偽裝等一系列超能力,，或?qū)⒃谖磥砩镝t(yī)學(xué),、救援探測和軍事作戰(zhàn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要應(yīng)用。

由哈佛大學(xué)研制的名為“Octo?bot”的軟體機器人,，自帶運動燃料,，可通過調(diào)控內(nèi)部氣體實現(xiàn)自主運動，既不需要連接計算機獲取指令,，也不包含任何電子元件,，不禁令人嘖嘖稱奇?！癘ctobot”采用3D打印技術(shù)配合柔性材料制造,，因而具備了完全柔軟的“身體”。

軟體機器人采用的結(jié)構(gòu)和材料包括硅膠,、液晶等彈性物質(zhì),，具有較高的自由度，不僅可以較好地適應(yīng)外界環(huán)境,，更可在外力作用下巧妙變身,。軟體機器人理論上具有無限多自由度，可實現(xiàn)靈活彎曲,、扭轉(zhuǎn),，即使遭受到外界撞擊也不會對自身產(chǎn)生大的傷害，因而可在空間狹小,、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下完成常人難以匹敵的復(fù)雜任務(wù),。

與使用復(fù)雜的電動或氣壓傳動的剛性機器人不同的是,，“八爪怪”軟體機器人相當(dāng)于一個氣動導(dǎo)管，通過內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體聚集壓縮,，并利用氣體的壓強變化實現(xiàn)機械運動,。如今，“八爪怪”軟體機器人通過軀體內(nèi)部集成的運動器和控制系統(tǒng)自主運動,，真正實現(xiàn)了健步如飛乃至飛檐走壁,。

與普通機器人相比，軟體機器人可通過內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)實現(xiàn)顏色可變發(fā)光,，并可通過充氣增壓和通道膨脹實現(xiàn)快速移動。目前研究的軟體機器人可在30秒內(nèi)迅速變身,，一旦完成顏色轉(zhuǎn)換,，顏色層就不再需要動力來維持色彩，移動到特定位置后常常與背景難以區(qū)分,。同時,，一些軟體機器人在設(shè)計之初就巧妙參照了仿生模型外觀，利用3D打印工藝制造出來后簡直可以“以假亂真”,，肉眼不仔細觀察真的難以分辨,。
　　

曾經(jīng)，科幻電影《變形金剛》中陰險狡詐的變形機器人令人印象深刻,。軟體機器人可采用3D打印方式制作,，制備成本較低，未來更可實現(xiàn)快速大批量生產(chǎn),。由于軟體機器人的動力系統(tǒng)不是依靠傳統(tǒng)的硬質(zhì)電動機或馬達,，而是靠類似人類肌肉一樣在受到電刺激情況下會自主運動的高分子材料來實現(xiàn)，因此機體運動能力突出,。同時,，軟體機器人可實現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)和抓起自身重量100多倍的物體,，正在掀起機器人家族的朵朵浪花,。

在自然界中，軟體動物廣泛分布在海水,、淡水以及陸地上,，成為人們研究軟體機器人的重要生物模型。現(xiàn)有的軟體機器人大多參照自然界中的章魚,、海星等軟體生物進行外觀設(shè)置,，相似度極高。希臘研究人員利用硅膠樹脂研制出的章魚機器人,，放在水中移動時,，甚至?xí)行◆~跟在身后游動,。美國研究人員研制的“Go?QBot”軟體機器人具有和毛毛蟲一樣的滾動彈射能力。哈佛大學(xué)研制的一種韌性機器人,，身子非常柔軟,，可像蠕蟲一般在異常狹小的空間里依靠蠕動而活動。歐盟資助的“章魚觸手”項目通過研究章魚本體和觸手的全局協(xié)同運動和控制機理,，開發(fā)了可在水下工作的仿生章魚觸手,，并形成了一套行之有效的控制方法。

軟體機器人堪稱機器人家族的集大成者,。由美國國防部高級研究計劃局和哈佛大學(xué)聯(lián)合研制的軟硅膠材料機器人,，不僅可通過自身變形穿過狹小的縫隙“無孔不入”，更能牢牢攀附在任何物體表面上,，還可通過改變“皮膚色調(diào)”與周圍環(huán)境融為一體,。更令人驚嘆的是，這款軟體機器人可在黑暗處發(fā)光并改變自身溫度,，而它由于使用模具制造,，設(shè)計成本只有不到100美元。
開啟智能應(yīng)用新時代

雖然軟體機器人目前仍處于萌芽和起步階段,，但它勢必開啟未來智能應(yīng)用新時代,。據(jù)估計，僅2016年用于維修和檢測設(shè)備的軟體機器人市場規(guī)模就已經(jīng)達到3876億元,。隨著軟體機器人技術(shù)的進一步成熟,，未來將可在生物醫(yī)學(xué)、設(shè)備維修檢測,、救援探測和軍事特種作戰(zhàn)以及情報偵察等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,。

在軍事領(lǐng)域，軟體機器人未來可當(dāng)大任,。正是由于自身過于“軟弱”,，軟體機器人才得以“以柔克剛”，在受到外界沖擊和破壞時不易損傷,，極大增強了其在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下的生存能力,。同時，由于不具備電子元件,，軟體機器人在交錯縱橫的電磁偵察系統(tǒng)下較易躲避各類設(shè)備追蹤,。未來，加裝了專業(yè)偵察設(shè)備甚至是作戰(zhàn)武器的軟體機器人,，可承擔(dān)各類偵察探測任務(wù),，更可在出其不意的條件下對敵人予以致命一擊。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，“人小鬼大”的軟體機器人還是當(dāng)之無愧的醫(yī)療助手,。軟體機器人的硬度,、柔軟度和可拉伸程度與人體皮膚和肌肉較為接近，把它穿在身上或進行互動接觸時親和性較好,。因此,，軟體機器人可作為假肢、人造外骨骼等可穿戴設(shè)備或用于模擬肌肉運動,。同時,，軟體機器人在手術(shù)機器人領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將可有效避免傳統(tǒng)金屬機器人對人體組織的破壞,。

目前,，軟體機器人離大規(guī)模應(yīng)用仍存在不少技術(shù)難點?？勺詭剂线\動的軟體機器人“八爪怪”,，主要依靠體內(nèi)攜帶的雙氧水燃料進行供能，而一次攜帶的能量只能勉強支撐4~8分鐘的運動,。同時，現(xiàn)有的軟體機器人自主轉(zhuǎn)向能力幾乎為零,，急需加裝額外傳感器實現(xiàn)對障礙物的自動規(guī)避,，這又涉及整個軟體機器人控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。