全球首个全软体机器人“Octobot”问世 外形酷似章鱼

　　摘要：8月24日据外媒报道，全球全软器人哈佛大学威斯生物工程研究所的首个世外似章全软体机器人“Octobot(章鱼机器人)”问世。

　　机器人不再硬邦邦：这款3D打印出来的体机机器人，全使用柔性材料，形酷外形酷似章鱼，全球全软器人无需电力便可自主运动，首个世外似章材料成本还不到3美元。体机

　　当地时间8月24日，形酷通过《自然》杂志的全球全软器人一篇学术文章，来自哈佛大学威斯生物工程研究所的首个世外似章全软体机器人“Octobot(章鱼机器人)”，向世人宣告了它的体机诞生。该文的形酷通讯作者是哈佛大学的工程师Robert Wood和Jennifer Lewis，在他们的全球全软器人描述中，Octobot是首个世外似章一只仅手掌大、各个构件都不使用硬性材料的体机自动机器人。

　　Robert Wood表示，“和一般的电子回路相比，我们在回路中传递的不是电子，而是液体和气体。”由硅橡胶制成的Octobot不靠电来驱动，而是通过化学反应产生的大量气体聚集压缩，借助压强变化，实现机械臂的运动。

　　一直以来，灾险救援、极端环境探测都是人类研发机器人的重要应用场景，但传统机器人的刚性材料经不起撞击，反而在未知的复杂环境中“拖后腿”。如果把机器人的材料替换成柔性的，就可以让机器人更好地适应外部环境。

　　早在2011年的时候，该文的第一作者、哈佛大学助理研究员Michael Wehner就已经带领着他的团队探索全柔性机器人。当时他们想的是用常规的泵阀系统来驱动机器人，并且需要电缆连接机器人，这意味着这只是一个半柔性机器人。当时横亘在科学家面前的难题是，如何将电池和回路用柔性材料代替。

　　5年后，Octobot才成为世界上首个全软体机器人。Wehner团队从章鱼身上找到灵感，不仅机器人的躯干和致动器是柔性材料，连控制系统和电源也使用柔性材料，无需再受外置电缆的牵制。

赋予这只全软体机器人“自由”的是化学反应。

　　据《自然》杂志特约作者Helen Shen介绍，Octobot的“大脑”部分是柔性微流体回路，可以用由压强激活的阀门和开关，在通道内传导液体燃料。这种液体燃料是50%浓度的过氧化氢溶液，它会在铂的催化下快速生成大量的水和氧气，生成物的体积比原本的反应物大，从而改变通道内的压强。章鱼机器人的机械臂受到突然增大的压强影响，会膨胀舒展，从而实现机械臂的运动。排气孔同时保证氧气最终会通过排气孔排出。
　　50%质量比的过氧化氢在铂金属粉末的催化下迅速释放氧气。

　　但如何保证章鱼机器人能保持一段时间而不是一次性的自主运动?研究团队的设计是把机器人的八只机械臂分为两批(四只机械臂为一批)，机械臂中设置了阀门和开关。启动Octobot需要实验者的协助，将过氧化氢分别注入到两个储液槽中，这两个储液槽分别对应一批机械臂。注入后，储液槽会像气球一样会慢慢膨胀，并利用压强差将过氧化氢通过微流体回路。这时，由于压强的变化，有些机械臂的控制点会打开，剩余的会关闭，以此确保同一时间只有一半机械臂流通燃料。随着燃料的消耗，所流通的机械臂内部压强会下降，使得燃料转而流向另半部分原本关闭通道的机械臂。如此往复，通过精巧的阀门开关设计，利用不断变化的压强差，燃料进行来回流通，Octobot能保持机械臂在一段时间内的自主运动。
　　通过Octobot的工作机制可以看到，它内部的通道扮演着重要的角色，是它的“大脑”和机械臂进行“通信”的渠道。这些通道都由3D打印而成，打印过程也很有趣。研究者们在章鱼形状的模具中倒入了有机硅聚合物，又在聚合物中注入一种特殊的墨水，这种墨水可以在聚合物中保持形状和位置。加热后，墨水会蒸发，留下了Octobot内部的通道网络。制造Octobot的材料成本也很低，只需不到3美元，每份燃料大约仅5美分，这让大规模应用免去对高成本的顾虑。

　　但目前而言，Octobot还没有达到它的最佳状态，需要继续改善。一次添加的燃料(1毫升)只能维持章鱼机器人大约4-8分钟的“生命”。就自主运动而言，也比较单一，还无法实现自主转向。

　　该项目的领导者之一Robert Wood也表示，Octobot目前还没有专门为一项操作任务进行设计，只是作为一种技术的展示。后续，微流体回路会升级得更为精密复杂，从而确保Octobot能更持久地运动，再搭配恰当的肢体动作，实现更复杂的操作。

　　除此之外，为了更好适用于复杂的应用场景，Octobot可能还需要将微流体回路和柔性传感器结合，让全软体机器人更智能。

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