打造可編程化的軟體機(jī)器人

近年來(lái)軟體機(jī)器人發(fā)展迅速，它們迫不及待地希望剔除身體中的“硬骨頭”——金屬部件，在這條剔除之路上，來(lái)自哈佛的博士后Preston制作出了一臺(tái)柔性計(jì)算機(jī)，不但剔除了“骨頭”，還希望將軟體機(jī)器人打造得可編程化。

一個(gè)軟體機(jī)器人，連接到一個(gè)氣球，浸沒(méi)在一個(gè)透明的水柱中，下潛然后上浮，然后再次潛水和浮出水面，就像一條追逐蒼蠅的魚(yú)。這對(duì)已有的軟體機(jī)器人而言實(shí)在不是一個(gè)復(fù)雜的技巧，但與大多數(shù)軟機(jī)器人不同，這款機(jī)器人的制造和操作都沒(méi)有硬件和電子部件的參與。

在這個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中，一臺(tái)柔性的橡膠計(jì)算機(jī)告訴氣球何時(shí)上升或下降。這款機(jī)器人首次完全依賴于軟數(shù)字邏輯。

在過(guò)去的十年中，軟機(jī)器人已經(jīng)涌入到了金屬占主導(dǎo)地位的機(jī)器人領(lǐng)域。由橡膠硅樹(shù)脂材料制成的夾具已經(jīng)用于生產(chǎn)線上：緩沖爪抓取水果和蔬菜，如西紅柿，芹菜和香腸。

而在實(shí)驗(yàn)室中，夾具可以拾取光滑的魚(yú)，活老鼠甚至昆蟲(chóng)，從而代替人們完成更多的任務(wù)。

軟機(jī)器人所需要的控制系統(tǒng)比硬機(jī)器人更簡(jiǎn)單。這主要是因?yàn)閵A具是如此的柔軟，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的壓力損壞物體，這樣就不需要進(jìn)行校準(zhǔn)壓力，簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)就足夠了。但到目前為止，大多數(shù)軟機(jī)器人仍然依賴于某些硬件：金屬閥、橡膠夾持器和臂的空氣通道。

現(xiàn)在，研究人員用橡膠和空氣建造了一臺(tái)柔軟的計(jì)算機(jī)。

DanielJ. Preston表示“我們正在模仿電子計(jì)算機(jī)的思維過(guò)程，只使用軟材料和氣動(dòng)信號(hào)，用壓縮空氣代替電子設(shè)備“，他是PNAS發(fā)表論文的第一作者，也是GeorgeWhitesides的博士后研究員。

Preston的軟計(jì)算機(jī)使用硅膠管和加壓空氣模擬該系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作所需的最小類(lèi)型的邏輯門(mén)——NOT（非），AND（與）和OR（或），他編程軟閥以對(duì)不同的空氣壓力作出反應(yīng)。例如，對(duì)于NOT邏輯門(mén)，如果輸入為高壓，則輸出為低壓。Preston表示，”通過(guò)這三個(gè)邏輯門(mén)，你可以復(fù)制任何電子計(jì)算機(jī)上的任何行為?！憋@然這是對(duì)圖靈深邃思想的又一次運(yùn)用。

例如，水箱中的浮動(dòng)魚(yú)狀機(jī)器人使用環(huán)境壓力傳感器（改進(jìn)的非門(mén)）來(lái)確定要采取的行動(dòng)。

當(dāng)電路感應(yīng)到水箱頂部的高壓時(shí)，機(jī)器人下潛

當(dāng)感應(yīng)到深處的高壓時(shí)，機(jī)器人上浮。

如果有人按下外部軟按鈕，機(jī)器人也可以執(zhí)行相應(yīng)的命令。

這樣僅使用軟部件制造的機(jī)器人有幾個(gè)好處。在工業(yè)環(huán)境中，大型金屬機(jī)器運(yùn)動(dòng)時(shí)可能來(lái)不及減速而撞到人類(lèi)，如果是金屬機(jī)器人就可能會(huì)造成嚴(yán)重的傷害。但是，如果一個(gè)柔軟的機(jī)器人撞到一個(gè)人，對(duì)你而言可能就是享受了一把按摩。不僅僅是更安全：軟體機(jī)器人通常更便宜，更簡(jiǎn)單，重量更輕，耐損壞和腐蝕性材料。

對(duì)于鋁，氫氧化鈉好客的讓你與它融為一體

對(duì)于咱們的軟體機(jī)器人，顯然要好過(guò)些

經(jīng)過(guò)編程化，機(jī)器人可以感知用戶的溫度并進(jìn)行軟擠壓以指示發(fā)燒，當(dāng)水壓上升過(guò)高時(shí)向潛水員發(fā)出警報(bào)，或者在自然災(zāi)害后清楚廢墟以幫助找到受害者。軟機(jī)器人也可以進(jìn)行運(yùn)用到電子設(shè)備的研究中：比如，核故障后的高輻射場(chǎng)或外太空中產(chǎn)生的輻射場(chǎng)，以及磁共振成像（MRI）機(jī)器的內(nèi)部。亦或在颶風(fēng)或洪水過(guò)后，一個(gè)“強(qiáng)壯”的軟機(jī)器人可以管理危險(xiǎn)的地形和有害的空氣。

Preston說(shuō)：“如果它被汽車(chē)碾過(guò)，它就會(huì)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)硬機(jī)器人而言是難以實(shí)現(xiàn)的。（除非你確實(shí)足夠硬）”P(pán)reston及其同事不是第一個(gè)不通過(guò)電子設(shè)備來(lái)控制機(jī)器人的研究人員。其他研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了微流體電路，可以使用液體和空氣來(lái)創(chuàng)建非電子邏輯門(mén)。然而，微流體邏輯電路通常依賴于硬質(zhì)材料，如玻璃或硬塑料，并且它們使用這樣的薄通道，一次只有少量空氣可以通過(guò)，從而減慢機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。相比之下，Preston的通道直徑更大——接近1毫米，這使得空氣流速更快。

他的空氣夾持器可以在幾秒鐘內(nèi)抓住物體。微流體電路的能量效率也較低。即使在休息時(shí)，這些設(shè)備也使用氣動(dòng)電阻器，它將空氣從大氣流到真空或壓力源以保持靜止。Preston的電路在休眠時(shí)不需要能量輸入。在機(jī)器人遠(yuǎn)離可靠能源的緊急情況或?yàn)?zāi)難情況下，這種節(jié)能顯得至關(guān)重要。

橡膠機(jī)器人也提供了誘人的可能性：隱形（這可能是抄襲了水母）。根據(jù)Preston選擇的材料，他可以設(shè)計(jì)一個(gè)與特定物質(zhì)進(jìn)行索引匹配的機(jī)器人。因此，如果他選擇一種在水中偽裝的材料，機(jī)器人在浸沒(méi)時(shí)會(huì)顯得透明。在未來(lái)，他和他的同事們希望創(chuàng)造肉眼看不見(jiàn)甚至是聲納探測(cè)的自主機(jī)器人。

顯然這個(gè)點(diǎn)子很有意思，在氣動(dòng)原理的基礎(chǔ)上輔以離散化的氣壓實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化，只是不知道點(diǎn)子能否實(shí)現(xiàn)。