酷似章魚的全軟體機器人，不需電力自主運動！

這是一款3D列印出來的機器人，全使用柔性材料，外形酷似章魚，無需電力便可自主運動，材料成本還不到3美元。

當地時間8月24日，通過《自然》雜誌的一篇學術文章，來自哈佛大學威斯生物工程研究所的全軟體機器人「Octobot（章魚機器人）」，向世人宣告了它的誕生。該文的通訊作者是哈佛大學的工程師Robert Wood和Jennifer Lewis，在他們的描述中，Octobot是一隻僅手掌大、各個構件都不使用硬性材料的自動機器人。

Robert Wood表示，「和一般的電子迴路相比，我們在迴路中傳遞的不是電子，而是液體和氣體。」由硅橡膠製成的Octobot不靠電來驅動，而是通過化學反應產生的大量氣體聚集壓縮，藉助壓強變化，實現機械臂的運動。

一直以來，災險救援、極端環境探測都是人類研發機器人的重要應用場景，但傳統機器人的剛性材料經不起撞擊，反而在未知的複雜環境中「拖後腿」。如果把機器人的材料替換成柔性的，就可以讓機器人更好地適應外部環境。

早在2011年的時候，該文的第一作者、哈佛大學助理研究員Michael Wehner就已經帶領著他的團隊探索全柔性機器人。當時他們想的是用常規的泵閥系統來驅動機器人，並且需要電纜連接機器人，這意味著這只是一個半柔性機器人。當時橫亘在科學家面前的難題是，如何將電池和迴路用柔性材料代替。

5年後，Octobot才成為世界上首個全軟體機器人。Wehner團隊從章魚身上找到靈感，不僅機器人的軀幹和致動器是柔性材料，連控制系統和電源也使用柔性材料，無需再受外置電纜的牽制。

賦予這隻全軟體機器人「自由」的是化學反應。

據《自然》雜誌特約作者Helen Shen介紹，Octobot的「大腦」部分是柔性微流體迴路，可以用由壓強激活的閥門和開關，在通道內傳導液體燃料。這種液體燃料是50%濃度的過氧化氫溶液，它會在鉑的催化下快速生成大量的水和氧氣，生成物的體積比原本的反應物大，從而改變通道內的壓強。章魚機器人的機械臂受到突然增大的壓強影響，會膨脹舒展，從而實現機械臂的運動。排氣孔同時保證氧氣最終會通過排氣孔排出。

50%質量比的過氧化氫在鉑金屬粉末的催化下迅速釋放氧氣。來源：DeepTech深科技。

但如何保證章魚機器人能保持一段時間而不是一次性的自主運動？研究團隊的設計是把機器人的八隻機械臂分為兩批（四隻機械臂為一批），機械臂中設置了閥門和開關。啟動Octobot需要實驗者的協助，將過氧化氫分別注入到兩個儲液槽中，這兩個儲液槽分別對應一批機械臂。注入後，儲液槽會像氣球一樣會慢慢膨脹，並利用壓強差將過氧化氫通過微流體迴路。這時，由於壓強的變化，有些機械臂的控制點會打開，剩餘的會關閉，以此確保同一時間只有一半機械臂流通燃料。隨著燃料的消耗，所流通的機械臂內部壓強會下降，使得燃料轉而流向另半部分原本關閉通道的機械臂。如此往複，通過精巧的閥門開關設計，利用不斷變化的壓強差，燃料進行來迴流通，Octobot能保持機械臂在一段時間內的自主運動。

通過Octobot的工作機制可以看到，它內部的通道扮演著重要的角色，是它的「大腦」和機械臂進行「通信」的渠道。這些通道都由3D列印而成，列印過程也很有趣。研究者們在章魚形狀的模具中倒入了有機硅聚合物，又在聚合物中注入一種特殊的墨水，這種墨水可以在聚合物中保持形狀和位置。加熱後，墨水會蒸發，留下了Octobot內部的通道網路。製造Octobot的材料成本也很低，只需不到3美元，每份燃料大約僅5美分，這讓大規模應用免去對高成本的顧慮。

但目前而言，Octobot還沒有達到它的最佳狀態，需要繼續改善。一次添加的燃料（1毫升）只能維持章魚機器人大約4-8分鐘的「生命」。就自主運動而言，也比較單一，還無法實現自主轉向。

該項目的領導者之一Robert Wood也表示，Octobot目前還沒有專門為一項操作任務進行設計，只是作為一種技術的展示。後續，微流體迴路會升級得更為精密複雜，從而確保Octobot能更持久地運動，再搭配恰當的肢體動作，實現更複雜的操作，甚至還需要將微流體迴路和柔性感測器結合，讓全軟體機器人更智能。

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