軟體機器人合集（上）—揭秘軟體機器人進化過程中的關鍵突破技術

在機器人的大軍中，有一個後起之秀，那便是軟體機器人。無限多的自由度和連續的變形能力，可以大範圍內任意改變自身形狀和尺寸；柔軟的觸感促使其人機交互操作更加安全，因而軟體機器人不斷的擴充著機器人的應用領域，成為機器人的未來發展趨勢。

小編我為大家總結了一些關於軟體機器人的相關知識，以方便大家進一步學習。首先從軟體機器人進化過程中的關鍵技術說起。

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驅動

制動器是軟體機器人設計中最先遇到的挑戰，最早期出現的軟體機器人是以氣動驅動的，如美國克萊姆森大學的Walker教授團隊研製的模仿大象鼻子的軟體機器人Octarm，這種機器人還被稱作連續型機器人，採用「無脊椎」的柔性結構，不具有任何離散關節和剛性連桿。OctArm利用McKibben氣動人工肌肉作為驅動裝置，機器人總長為110cm，在結構上分為4節，每節長度約為40cm，每節由6段或者3段人工肌肉驅動，均具有2自由度的彎曲能力，整個機器人共具有12個自由度。OctArm能夠抓取複雜形狀的物體，並可在受限工作空間內運動，其末端最大運動速度可達0.8m/s，在4.5bar的壓力狀態下，該機器人在垂直方向的負載能力可達12kg，在橫向的負載能力可達0.5kg。

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軟體機器人廣泛應用的驅動方式還有採用形狀記憶合金，如美國麻省理工學院參與研發的Meshworm蠕蟲機器人便應用了形狀記憶合金彈簧。Meshworm的主體為一個聚合管，周圍環繞網格狀金屬線形成人造肌肉，通過模仿蚯蚓環肌纖維製造5個不同運動環節。當電流通過部分金屬線時，金屬線收縮擠壓聚合管移動。研究人員還創建了相關演算法，向機器人的5個分節依次發送收縮波，擠壓管子向前移動。機器人的身體柔軟性允許它承受鎚子打擊而不受任何損害。

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以上兩種都是有關於軟體機器人的物理驅動，軟體機器人的驅動方式還包括電活性聚合物驅動，和化學能轉化成機械能的化學驅動方式。

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剛度

對於軟體機器人的操作手的要求是它應該柔軟不能對接觸到的物體有所傷害，但它也必須具有一定的剛度能夠保證抓起和操作物體。在這方面芝加哥大學、康奈爾大學和iRobot公司合作研發的萬能鉗便表現的非常出色。

這個萬能鉗由具有彈性的薄膜和大量的顆粒材料組成。當薄膜內有空氣時萬能鉗處於鬆軟的狀態以便適應抓取物的形狀，而當薄膜的腔室被抽成真空時它的剛度也會立馬提升40倍（如從0.2N / mm至7.8N / mm）從而成功將物體提起。

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Pneu-Net（氣動網路）和製造方法

相比於傳統意義上空氣動力方法在軟體機器人身上的應用，目前更廣泛使用的還是Pneu-Net方法。如美國哈佛研究人員受到魷魚與蠕蟲等動物的啟發，混和有機化學、軟質材料與機器人技術，創造出了一個軟質機器人Multigait soft robot。

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這款機器人充分體現了軟體機器人的有點，即可變形穿過狹窄的空間。

此外這款機器人還開闢軟體機器人新的製作工藝—3D列印。由於軟材料不能被加工、研磨、雕刻和仿造，只能進行塑造、拉伸等，這些都加大了軟體機器人的製造難度。3D印表機可以利用不同材料列印出人們需要的形狀，使軟體機器人的製作變得更加容易。

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從章魚身上得到的靈感

章魚是自然界中軟體動物的代表，章魚具有一個完全無骨的身體，並且可以拉升，其爪硬化之後又具有足夠的強度進行抓握、操縱、游泳等運動，因而是科學家們研究軟材料控制模型的理想生物體。

義大利聖安娜高等學校的一個實驗室便成功研製了一款模仿章魚的機器人，這不僅需要了解八個爪的運動形態並且建立模型和控制這些連續結構，還需要製造一個可伸展的敏感皮膚，理解章魚的吸盤在水中的工作機制、推到運動和游泳的原則等等。這款章魚機器人，用電纜來取代SMA，用硅樹脂來打造章魚爪，每一隻爪子中包含一支鋼製電纜。爪子它能自動拉長或是縮短。爪子的每一個簡單動作都能提供能量。

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