打造可編程化的軟體機(jī)器人

近年來軟體機(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，來自哈佛的博士后Preston制作出了一臺柔性計算機(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。

一個軟體機(jī)器人，連接到一個氣球，浸沒在一個透明的水柱中，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。這對已有的軟體機(jī)器人而言實在不是一個復(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有硬件和電子部件的參與。

在這個機(jī)器人系統(tǒng)中，一臺柔性的橡膠計算機(jī)告訴氣球何時上升或下降。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。

而在實驗室中，夾具可以拾取光滑的魚，活老鼠甚至昆蟲，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)器人更簡單。這主要是因為夾具是如此的柔軟，不會產(chǎn)生過大的壓力損壞物體，這樣就不需要進(jìn)行校準(zhǔn)壓力，簡單的實現(xiàn)開關(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柔軟的計算機(jī)。

DanielJ. Preston表示“我們正在模仿電子計算機(jī)的思維過程，只使用軟材料和氣動信號，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的軟計算機(jī)使用硅膠管和加壓空氣模擬該系統(tǒng)。為了實現(xiàn)復(fù)雜操作所需的最小類型的邏輯門——NOT（非），AND（與）和OR（或），他編程軟閥以對不同的空氣壓力作出反應(yīng)。例如，對于NOT邏輯門，如果輸入為高壓，則輸出為低壓。Preston表示，”通過這三個邏輯門，你可以復(fù)制任何電子計算機(jī)上的任何行為?！憋@然這是對圖靈深邃思想的又一次運(yùn)用。

例如，水箱中的浮動魚狀機(jī)器人使用環(huán)境壓力傳感器（改進(jìn)的非門）來確定要采取的行動。

當(dāng)電路感應(yīng)到水箱頂部的高壓時，機(jī)器人下潛

當(dāng)感應(yīng)到深處的高壓時，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)器人有幾個好處。在工業(yè)環(huán)境中，大型金屬機(jī)器運(yùn)動時可能來不及減速而撞到人類，如果是金屬機(jī)器人就可能會造成嚴(yán)重的傷害。但是，如果一個柔軟的機(jī)器人撞到一個人，對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，更簡單，重量更輕，耐損壞和腐蝕性材料。

對于鋁，氫氧化鈉好客的讓你與它融為一體

對于咱們的軟體機(jī)器人，顯然要好過些

經(jīng)過編程化，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)水壓上升過高時向潛水員發(fā)出警報，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或外太空中產(chǎn)生的輻射場，以及磁共振成像（MRI）機(jī)器的內(nèi)部。亦或在颶風(fēng)或洪水過后，一個“強(qiáng)壯”的軟機(jī)器人可以管理危險的地形和有害的空氣。

Preston說：“如果它被汽車碾過，它就會繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這對硬機(jī)器人而言是難以實現(xiàn)的。（除非你確實足夠硬）”Preston及其同事不是第一個不通過電子設(shè)備來控制機(jī)器人的研究人員。其他研究團(tuán)隊設(shè)計了微流體電路，可以使用液體和空氣來創(chuàng)建非電子邏輯門。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，從而減慢機(jī)器人的運(yùn)動。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，這些設(shè)備也使用氣動電阻器，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災(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)計一個與特定物質(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)器人在浸沒時會顯得透明。在未來，他和他的同事們希望創(chuàng)造肉眼看不見甚至是聲納探測的自主機(jī)器人。

顯然這個點(diǎn)子很有意思，在氣動原理的基礎(chǔ)上輔以離散化的氣壓實現(xiàn)計算機(jī)化，只是不知道點(diǎn)子能否實現(xiàn)。