如果讓“軟軟的機(jī)器人”為病人做手術(shù)是一種怎樣的感受呢？

試想一下，如果讓“軟軟的機(jī)器人”為病人做手術(shù)是一種怎樣的感受呢？如今，在超微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域，軟體機(jī)器人（又稱柔軟機(jī)器人）已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮自己的作用了。

目前，美國(guó)哈佛大學(xué)和波士頓兒童醫(yī)院的研究人員合作開(kāi)發(fā)出一種軟體機(jī)械裝置，可在不與血液接觸的情況下幫助心臟跳動(dòng)泵血。這種可定制的柔性設(shè)備，或催生出新的心力衰竭治療方案，對(duì)于心衰患者來(lái)說(shuō)是一個(gè)福音。

軟體機(jī)器人的商用化無(wú)疑改變著人們對(duì)于機(jī)器人的傳統(tǒng)認(rèn)知，從一如鋼鐵模樣的“壯漢”到柔軟如初的“萌妹子”，軟體機(jī)器人讓機(jī)器人市場(chǎng)更加豐富多元。

“硬”還是“軟”，這是一個(gè)問(wèn)題

工業(yè)流水線上的機(jī)器人、掃地機(jī)器人、烹飪機(jī)器人，這些機(jī)器人在人們的印象中，都是機(jī)械化、缺少人體肢體動(dòng)作的靈活性等基本印象，他們太“硬”了，這也是為了適應(yīng)自身的驅(qū)動(dòng)方式。目前，主流機(jī)器人都是機(jī)械驅(qū)動(dòng)的，以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，把能量輸送給齒輪和連桿，然后齒輪和連桿帶動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。

用電動(dòng)機(jī)、齒輪和連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，其首先需要承受得住各種驅(qū)動(dòng)連桿帶來(lái)的外力，因此他們需要十分硬實(shí)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。如果利用連桿驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人是軟體的，齒輪一轉(zhuǎn)， 連桿一搖，它立即就會(huì)被絞變形。對(duì)于軟體機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其一般難以承受連桿傳輸?shù)臋C(jī)械動(dòng)力，因而含有電動(dòng)機(jī)、齒輪、連桿的機(jī)器人，大都是些鋼鐵機(jī)械構(gòu)件。

因此，機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)器人更多完成較為機(jī)械簡(jiǎn)單的任務(wù)，難以完成精細(xì)任務(wù)。比如連桿驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人能夾起杯子，卻難握住杯子，讓它握住一枚繡花針就更難了。

“夾”與“握”有著本質(zhì)性的區(qū)別，“夾“是低級(jí)的機(jī)械動(dòng)作，“握”是具有人手功能的精細(xì)動(dòng)作，從夾到握其實(shí)是普通機(jī)器人到軟體機(jī)器人的技術(shù)跨越。

軟體機(jī)器人模仿于自然界的許多軟體動(dòng)物，由可以承受大應(yīng)變的柔軟材料制成，且具有多自由度和連續(xù)變換的能力，可在大范圍內(nèi)任意改變自己身形和尺寸。因?yàn)橹鲃?dòng)變形與被動(dòng)變形能力的結(jié)合，機(jī)器人可以擠過(guò)比自身常態(tài)尺寸小的縫隙，進(jìn)入傳統(tǒng)機(jī)器人無(wú)法進(jìn)入的空間。

軟/硬機(jī)器人比較

“七十二變”如何以柔克剛

軟體機(jī)器人發(fā)展至今，主要的結(jié)構(gòu)類型可以分為三類：靜水骨骼型、肌肉型靜水骨骼型以及其他結(jié)構(gòu)。

大部分軟體動(dòng)物(如蠕蟲(chóng)、?？?沒(méi)有剛性骨骼，而是由表皮、肌肉、體液、神經(jīng)系統(tǒng)組成。其典型結(jié)構(gòu)是肌肉構(gòu)成封閉腔，內(nèi)部充滿體液，形成靜水骨骼結(jié)構(gòu)，典型的是仿毛蟲(chóng)軟體機(jī)器人和Blob bot。

仿毛蟲(chóng)軟體機(jī)器人及Blob bot

典型的肌肉性靜水骨骼結(jié)構(gòu)由相互對(duì)抗的橫肌和縱肌組成，當(dāng)橫肌收縮時(shí)身體向縱向伸展；當(dāng)縱肌收縮時(shí)，身體向橫向伸展，體積始終保持不變。動(dòng)物的舌頭、大象鼻子、章魚(yú)觸手都是肌肉性靜水骨骼結(jié)構(gòu)。而其他結(jié)構(gòu)主要為氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈和蠕動(dòng)跳躍機(jī)器人。

在具體應(yīng)用層面，由哈佛大學(xué)研制的名為“Octobot”的軟體機(jī)器人，自帶運(yùn)動(dòng)燃料，可通過(guò)調(diào)控內(nèi)部氣體實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)，既不需要連接計(jì)算機(jī)獲取指令，也不包含任何電子元件，因而具有著柔軟的身體。

世界首個(gè)自主運(yùn)動(dòng)的軟體機(jī)器人：Octobot

與普通機(jī)器人相比，軟體機(jī)器人可通過(guò)內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)顏色可變發(fā)光，并可通過(guò)充氣增壓和通道膨脹實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)。當(dāng)前的研究情況表明，軟體機(jī)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?jiǎng)恿?lái)維持色彩，移動(dòng)到特定位置后常常與背景難以區(qū)分，形成真正的“七十二變”。同時(shí)，一些軟體機(jī)器人在設(shè)計(jì)之初就巧妙參照了仿生模型外觀，利用3D打印工藝制造能夠“以假亂真“，肉眼難以分辨。

醫(yī)療軍事領(lǐng)域稱軟體機(jī)器人“發(fā)力點(diǎn)”

從目前來(lái)看，軟體機(jī)器人的落地商業(yè)場(chǎng)景主要是醫(yī)療和軍用場(chǎng)景。智能相對(duì)論分析師柯鳴認(rèn)為，目前軟體機(jī)器人的發(fā)展前景是相當(dāng)可期的，學(xué)術(shù)界也正在如火如荼的進(jìn)行著此類研究，科學(xué)家們?cè)噲D創(chuàng)造一種不同于傳統(tǒng)機(jī)器人的新型機(jī)器人整體。

從軍事應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，軟體機(jī)器人確實(shí)大有發(fā)展空間?！耙匀峥藙偂钡淖陨眢w質(zhì)可以讓機(jī)器人在收到外界沖擊和破壞時(shí)不易受損，這極大的增強(qiáng)了軟體機(jī)器人的存活能力。此外，由于不具備電子元件，軟體機(jī)器人在電磁偵察系統(tǒng)下容易躲避各類設(shè)備的追蹤。未來(lái)，加裝了特定武器的軟體機(jī)器人，可以更便利地承擔(dān)各類偵查任務(wù)，甚至可以在特定條件下給敵人以致命一擊。

在醫(yī)療領(lǐng)域，“人小鬼大”的軟機(jī)器人還可以成為醫(yī)生的優(yōu)秀醫(yī)療助手。軟體自己人的硬度與柔軟度與人類皮膚和肌肉較為接近，因此可穿戴性和皮膚親和性較好。因此，作為假肢、人造外骨骼等可穿戴設(shè)備或用于模擬肌肉運(yùn)動(dòng)，軟機(jī)器人似乎成了一個(gè)最為優(yōu)秀的人選。

在微創(chuàng)手術(shù)（MIS）領(lǐng)域，軟體機(jī)器人更是有著極大的“用武之地”。軟體機(jī)器人的應(yīng)用，可以突破傳統(tǒng)微創(chuàng)外科手術(shù)方法的局限，比如，自由度低的手術(shù)設(shè)備對(duì)手術(shù)造成的局限。倫敦大學(xué)研制出剛度可控的章魚(yú)狀外科手術(shù)機(jī)器人手臂，其應(yīng)用仿生原理，根據(jù)手臂機(jī)械性能的需要通過(guò)控制機(jī)械手臂的剛度更好地配合手術(shù)進(jìn)行，柔軟的材質(zhì)將手術(shù)的傷害降到最低。

剛度可控的章魚(yú)狀微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人手臂

進(jìn)入市場(chǎng)，軟體機(jī)器人的壁壘在哪里？

誠(chéng)然，軟體機(jī)器人作為新事物，其發(fā)展后勁十足，但是智能相對(duì)論分析師柯鳴認(rèn)為，綜合其市場(chǎng)化過(guò)程來(lái)看，其依然有著自身的壁壘。

首先，理論上，軟體機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限自由度的運(yùn)動(dòng)，然而在實(shí)際操作過(guò)程中，這種相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)受限于驅(qū)動(dòng)方式和制動(dòng)器數(shù)量，想要精確控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，這需要大量的傳感器的信息和數(shù)據(jù)反饋，這在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中難以保證其實(shí)時(shí)性。

其次，軟體機(jī)器人醫(yī)療、軍事、養(yǎng)老以及勘測(cè)領(lǐng)域都有著重要作用和良好發(fā)展前景，但是其高昂的應(yīng)用成本和生產(chǎn)成本極大限制了此類新技術(shù)的普及。為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)上的可行性和實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，軟體機(jī)器人在其技術(shù)普及性和技術(shù)價(jià)格方面做出努力。

最后，可自帶燃料運(yùn)動(dòng)的軟體機(jī)器人“八爪怪”，主要依靠體內(nèi)攜帶的雙氧水燃料進(jìn)行供能，而一次攜帶的能量只能勉強(qiáng)支撐 4~8 分鐘的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，現(xiàn)有的軟體機(jī)器人自主轉(zhuǎn)向能力幾乎為零，急需加裝額外傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的自動(dòng)規(guī)避，這又涉及整個(gè)軟體機(jī)器人控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

當(dāng)然，從目前來(lái)看，軟體機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法還不成熟，如何平衡靈活性、承載能力和可靠性等指標(biāo)還存在困難。為進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要建立精確的物理模型，而建立此模型又是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性工作。

總之，軟體機(jī)器人在我國(guó)制造業(yè)水平不斷提升的當(dāng)下，其也正準(zhǔn)備迎來(lái)快速增長(zhǎng)期，其也極有可能成為中國(guó)下一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，隨著軟體機(jī)器人在商業(yè)及各行業(yè)的落地，中國(guó)的軟機(jī)器人行業(yè)將大有可為。