仿章鱼机器人可任意变形 应用前景十分值得期待

3月19日消息，斯坦福大学的机器人团队新近发明了一款软体机器人，可以任意改变形状，据称设计人员是从章鱼身上得到了灵感。机器人由柔软织物材质的管道和滚筒模块组合而成，管道里充满空气。使用者只需操控配套的小型发动机，就可让机器人改变形状。

斯坦福大学机械工程专业研究生内森·乌瑟维奇（Nathan Usevitch）是这个项目的参与者之一，他将这款机器人描述为“电影《超能陆战队6（Big Hero6）》中的角色大白（Baymax）和变形金刚（Transformers）的混合体”。

这项研究已于本周三发布在《科学机器人学（Science Robotics）》上，论文题目是《一种无绳系等周柔性机器人（An untethered isoperimetric soft robot）》。

一、机器人设计新思路：淘汰系绳、简易组装

考虑到工程作业的环境条件，机器人必须具有足够的安全性和环境适应性。除了结实耐用，还要能够灵活移动。要满足这些条件，不仅要有配备精准的控制算法和强大的传感器，还需要适应性更好的结构与之相配，而现有的机器人尚不能满足这些要求。

目前市面上主要有软式、集体式和桁架式三种机器人。软式机器人安全性高，较为坚固，但需要用系绳与空气压缩设备相连。集体式机器人模块化程度高，但子单元过于复杂。桁架式机器人可以变形，但只能在固定方向线性伸缩。

在论文中，研究人员称其发明的“无绳系等周柔性机器人（An untethered isoperimetric soft robot）”综合了三种机器人的优点，摆脱了结构限制。

这款机器人主要由织物管和3个滚筒模块组成，滚筒模块包含机械滚筒和小型发动机两个部分。滚筒模块安装于织物管上，其中一个将织物管首尾相接，另外两个可在管道上移动，与织物管一起组成三角形。

使用时利用滚筒夹紧织物管，使其维持固定的形状。一旦需要机器人变形，则可利用小型发动机驱动滚筒移位，给织物管重新“塑形”。在滚筒移动过程中，机器人形状改变，但织物管的长度及其内部空气量保持不变。也有研究人员因此称其为“等周机器人”。

对于这款机器人的独特结构，斯坦福大学航空航天助理教授麦克·史瓦格（Mac Schwager）评价到：“让我感到兴奋的是，这款机器人实际上是由几个机器滚轴组成的集合体，他们通过协同运作来移动机器人和改变形状。这使其成为了一个适应性强而坚固的系统。”

二、移动灵活，能捡球，还能变身“形状显示器”

研究人员曾将几个机器人组合在一起，用发动机驱动其移动，最终成功操纵机器人捡起了一个球。此外，机器人还可以推动球向前滚动。这就说明此种机器人可以接近物体、捡起物体，再将其移动至特定位置。而这些操作对于夹钳机器人来说则很难完成，这也意味着软体机器人未来将有更多可能的应用场景。

1、太空旅行好帮手

研究人员认为这种机器人拥有易于收纳的外形，使用起来还很灵活，十分适合用于太空旅行。斯坦福大学机械工程专业的研究生扎卡里·哈蒙德（Zachary Hammond）认为，“在另一个星球上，它可以利用其变形能力穿过复杂的环境，挤过狭小的空间，跨越障碍物。”

在论文中研究者写到：“在太空漫游任务中，可以在发射前排空机器人气体，着陆后再充气，使其完成任务，这样就不必担心能源问题了。另外机器人的柔软特性也使其更加强健，适用于复杂地形，也可用于执行情况未知的任务。”

2、与工人协同工作

这种机器人同样适合工业使用。例如当工人用螺栓装配零件时，可利用机器人来固定零件。

3、教学交互小工具

将机器人改造为教育工具也未尝不可。可鼓励学生自主组装硬件，与机器人进行身体互动。

4、其他方面

论文中提到，如果增加更多的滚筒模块，就可将机器人改装为“形状显示器”，在改变形状时做到更为动态流畅，甚至成为高刷新率的3D打印机。

如果将触摸感应应用到机器人中，用户就可与显示的形状即时交互。

甚至可以应用同一组硬件完成用户的不同需求。当需要疏通管道时，就组装一个链式机器人，如果想要机器人快速移动，就将其组装为球型。

结语：柔性机器人集合以往产品优势，前景乐观

以往的机器人各有优点，但均无法独立胜任工程作业任务，而斯坦福团队发明的“无绳系等周柔性机器人”则为这一问题提出了解决方案。通过对目前的软式、集体式、桁架式机器人分别扬长避短，新型机器人无疑可以承担起工程任务。

除工程应用以外，新型机器人也在航空、教育、3D打印等方面显示出了应用可能，应用前景十分值得期待。