當?shù)貢r間8月24日，通過《自然》雜志的一篇學(xué)術(shù)文章，來自哈佛大學(xué)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(xué)的工程師Robert Wood和Jennifer Lewis，在他們的描述中，Octobot是一只僅手掌大、各個構(gòu)件都不使用硬性材料的自動機器人。
Robert Wood表示，“和一般的電子回路相比，我們在回路中傳遞的不是電子，而是液體和氣體。”由硅橡膠制成的Octobot不靠電來驅(qū)動，而是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體聚集壓縮，借助壓強變化，實現(xiàn)機械臂的運動。
一直以來，災(zāi)險救援、極端環(huán)境探測都是人類研發(fā)機器人的重要應(yīng)用場景，但傳統(tǒng)機器人的剛性材料經(jīng)不起撞擊，反而在未知的復(fù)雜環(huán)境中“拖后腿”。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(yīng)外部環(huán)境。
早在2011年的時候，該文的第一作者、哈佛大學(xué)助理研究員Michael Wehner就已經(jīng)帶領(lǐng)著他的團隊探索全柔性機器人。當時他們想的是用常規(guī)的泵閥系統(tǒng)來驅(qū)動機器人，并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。當時橫亙在科學(xué)家面前的難題是，如何將電池和回路用柔性材料代替。
5年后，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，不僅機器人的軀干和致動器是柔性材料，連控制系統(tǒng)和電源也使用柔性材料，無需再受外置電纜的牽制。
賦予這只全軟體機器人“自由”的是化學(xué)反應(yīng)。
據(jù)《自然》雜志特約作者Helen Shen介紹，Octobot 的“大腦”部分是柔性微流體回路，可以用由壓強激活的閥門和開關(guān)，在通道內(nèi)傳導(dǎo)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(yīng)物大，從而改變通道內(nèi)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(xiàn)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(zhì)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(shè)計是把機器人的八只機械臂分為兩批（四只機械臂為一批），機械臂中設(shè)置了閥門和開關(guān)。啟動Octobot需要實驗者的協(xié)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(yīng)一批機械臂。注入后，儲液槽會像氣球一樣會慢慢膨脹，并利用壓強差將過氧化氫通過微流體回路。這時，由于壓強的變化，有些機械臂的控制點會打開，剩余的會關(guān)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(nèi)部壓強會下降，使得燃料轉(zhuǎn)而流向另半部分原本關(guān)閉通道的機械臂。如此往復(fù)，通過精巧的閥門開關(guān)設(shè)計，利用不斷變化的壓強差，燃料進行來回流通，Octobot能保持機械臂在一段時間內(nèi)的自主運動。
通過Octobot的工作機制可以看到，它內(nèi)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打印而成，打印過程也很有趣。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。加熱后，墨水會蒸發(fā)，留下了Octobot內(nèi)部的通道網(wǎng)絡(luò)。制造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(guī)模應(yīng)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(tài)，需要繼續(xù)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(xiàn)自主轉(zhuǎn)向。
該項目的領(lǐng)導(dǎo)者之一Robert Wood也表示，Octobot目前還沒有專門為一項操作任務(wù)進行設(shè)計，只是作為一種技術(shù)的展示。后續(xù)，微流體回路會升級得更為精密復(fù)雜，從而確保Octobot能更持久地運動，再搭配恰當?shù)闹w動作，實現(xiàn)更復(fù)雜的操作。
除此之外，為了更好適用于復(fù)雜的應(yīng)用場景，Octobot可能還需要將微流體回路和柔性傳感器結(jié)合，讓全軟體機器人更智能。
