什么是以柔軟性和順應性為優(yōu)勢的“軟體機器人科技”？

什么是不同于以往機器人科技的“軟體機器人科技”？

說到機器人，通常聯(lián)想到的是代表性的工業(yè)用機器人那種硬質(zhì)、強勁有力、準確且能快速驅(qū)動的機器人。例如能對汽車車身和建材的目標部位連續(xù)進行嚴酷的焊接作業(yè)，或使用高功率激光切割金屬等硬質(zhì)材料，亦或是揀選重型材料和部件的機器人等。

此外，檢測到與人的微小接觸后就會自動停止等之類的能夠放在操作人員身邊安全使用的協(xié)作機器人近年來也被廣泛用于制造現(xiàn)場。協(xié)作機器人可以按照指示或傳感，代替人去完成需要強大力矩和準確性的作業(yè)，它們能夠克服人特有的不確定性，并彌補人無法擁有的力量和勞動力。從這一點來看，協(xié)作機器人可以說是處于以往工業(yè)用機器人的延長線上。

強勁有力且能準確運作的工業(yè)機器人示例

另一方面，“軟體機器人科技”的意思是指，由柔性材料制成并能夠完成柔韌性動作的軟體機器人的技術。以往的機器人技術主要是力求彌補人所不具備的性質(zhì)，而軟體機器人科技所展現(xiàn)的設計觀念則與此不同。比方說也有很多軟體機器人是從自然界生物和人體構(gòu)造等方面獲取靈感以及模仿其動作而設計的。

軟體機器人有各種各樣的類型，它們不僅能夠完成柔韌的動作，同時還被稱之為“以特有的‘順應性’為優(yōu)勢的機器人”。這種順應性正是與以往機器人科技有著巨大差異的要素。軟體機器人不僅能揀選形狀不規(guī)則的工件以及完成靈活應變的動作，還能在狹窄復雜且形狀不規(guī)則的空間中進行作業(yè)等。另外，還可以應用在直接輔助人體這樣的用途上。因此不僅僅是制造現(xiàn)場，在眾多場面，人們正期待著活用軟體機器人來實現(xiàn)高效化。

軟體機器人可靈活應對形狀不規(guī)則的物品或易碎物品的示例

“軟體機器人科技”的驅(qū)動方法、技術和用途

軟體機器人科技領域正針對各種目的和課題，以多種多樣的方法開展著機器人的研究開發(fā)。無論哪種方法，其解決方案都是將軟體機器人特有的柔韌性以及“順應性”的要素加入到構(gòu)造和構(gòu)成材料中，這一點可以說是特色所在。

下面就來介紹一下軟體機器人的驅(qū)動方法、技術、應用實例。

用柔性材質(zhì)制成的軟體機械手

以往的機械手大多是用金屬等硬質(zhì)材料制成，所以具備力度方面的強勁性和工件尺寸上的高精度。另一方面，如果是用軟性較高的樹脂等制成，并且是通過氣壓來控制軟體機械手的驅(qū)動方法，就可以用恰到好處的力度，去抓住裝在柔質(zhì)容器中的食品、薄玻璃杯、紙制容器等容易損壞的東西并進行搬運?；蛘咧挥靡环N機械手，就能抓住尺寸和形狀各式各樣的對象物。

另外還有一種開發(fā)而成的驅(qū)動方法是，用柔性金屬絲將對象物圈起來，通過巧妙調(diào)節(jié)所圈范圍來直接揀選容易破碎的加工食品等對象物。

硬度和形狀能夠變化的夾具

除了柔性之外，還有一種只有一個夾具并能根據(jù)需要改變夾具的硬度和形狀的軟體機器人。例如，有一種將粉狀物體放入袋中制成的夾具，在含有一定程度的空氣時，夾具是柔軟的。如果抽去空氣，粉體之間的間隙消失，夾具就會變硬，固定成當時的形狀。這種構(gòu)造被稱為阻塞（jamming）。如果將其作為機器人的夾具來使用，那么只用一臺機器人就能應對作業(yè)所需的硬度和柔軟性，例如抓住復雜且不規(guī)則的物體，或按押對象物和按鈕等。在需要靈活性應對的災害現(xiàn)場開展救助活動等方面，安裝有這種阻塞構(gòu)造夾具的機器人的活用正備受期待。

模仿自然界生物的軟體機器人

檢驗纖細管道內(nèi)部等、在人的手無法觸及的地方進行作業(yè)時，使用能夠順應檢驗對象的軟體機器人就能有效提高作業(yè)效率。比方說，如果是模仿蚯蚓和蛇等生物的軟體機器人，那么即使是在形狀細小復雜的管道內(nèi)部，也可以自由進入并對管道內(nèi)部進行非破壞性的詳細檢驗和檢查等。

另外還有人開發(fā)出一種模仿大象鼻子和章魚腳的軟體機器人，它們能夠完成至今為止多軸機器人無法完成的復雜且靈活的動作。并且，還有一種軟體機器人安裝有照相機，即使是在潛水員無法進入的錯綜復雜的海里，它也能用模仿魚類的柔軟動作，一邊游泳一邊進行拍攝。這種軟體機器人目前正得到活用。另外在宇宙探索領域中，由于以往的地面探測器無法用于木星這類巨大氣體行星的衛(wèi)星探索，所以目前正在研究模仿烏賊的軟體機器人。

具有模仿肌肉構(gòu)造的軟體機器人

人體每條腿各有3個關節(jié)，但即使是6軸的機器人，也無法做到同樣靈活細膩的動作。這是因為人體為驅(qū)動這3個關節(jié)，使用了多達50塊的肌肉。因此也有一種人工肌肉就是從這種解剖學式的觀點出發(fā)而開發(fā)的。人工肌肉是將多根外徑纖細、柔韌且伸縮性強的特殊材質(zhì)的金屬絲綁在一起，用氣壓進行控制，使其像人體肌肉一樣活動。在這樣的人工肌肉領域中，實證研究正以多樣化形態(tài)不斷向?qū)嵱没l(fā)展，它除了能應用在獨立的軟體機器人方面以外，還能應用在支持人體動作和姿勢的福利護理用具上，以及纖維材料中采用了纖細人工肌肉的動力服等方面。

電子所需要具備的靈活性和與軟體機器人的親和性

除了機器人科技領域，在電子領域中，使用柔性素材實現(xiàn)柔軟性且能彎曲能扭轉(zhuǎn)的電子設備——柔性電子（柔性電路）的需求也在不斷高漲。其理由是，IoT（物聯(lián)網(wǎng)）設備和可穿戴設備等的外形低高度化和高功能化，以及因此而產(chǎn)生的搭載部件的小型化和高密度化。除此之外，人們對殼體形狀和尺寸、可活動部分的設計自由度以及提高這方面可用性的要求也越來越多。

在柔性電子中，具有代表性的可以說是“FPC（柔性電路板，F(xiàn)lexible Printed Circuits）”，這是在具有絕緣性且薄而柔軟的樹脂制的帶基薄膜上，層壓上銅箔等導電性金屬后形成電路的一種電路板。除此之外還有可在小型殼體的狹窄內(nèi)部彎曲且緊密搭載的電路板、可彎曲的LCD顯示器、OLED顯示器、薄膜電池（薄膜太陽能電池、弧形電池）等。此外，目前還出現(xiàn)了使用印刷電子技術的傳感器類等產(chǎn)品。印刷電子技術是將精致的圖形印刷在薄膜等上面，在能彎曲的材料上制成電路的一種電子技術。

折疊式智能手機之類的電子設備就是上述柔性電子的代表性用途。柔性電子作為不妨礙軟體機器人靈活動作的重要設備，預計應用實例也會越來越多。

另外，村田制作所一直以來也開發(fā)制造出了帶有軟引線且熱響應性高的NTC熱敏電阻，以及用環(huán)保性的柔性材料制成的壓電薄膜傳感器等商品。

上述的柔性電子技術具備著在更接近人和社會的地方充分發(fā)揮優(yōu)勢的潛力。另外，從其“柔軟、靈活、順應性強”這些方面來看，柔性電子可以說是與軟體機器人科技具有高度親和性的一項技術。實際上也有在軟體機器人上使用柔性傳感器等的柔性電子設備的實例。因此，我們不難想象，未來將具備靈活性和柔軟性的“機器人科技”和“電子”這兩方面的技術與構(gòu)思完美結(jié)合，實現(xiàn)更高水準的技術，就能讓軟體機器人在更廣泛的用途中得到活用。

審核編輯 黃宇