一隻吸管造的半軟機器人陪你散步，是一種怎樣的奇妙感覺 | 科技有意思

談到機器人，您可能腦海里立馬會浮現變形金剛的威武剛軀，或者是類似『機器姬』里擁有超級大腦與複雜情感的 Ava。不過，廣義上的「機器人」並不局限於有人的外形或人的思維，而是指「能自動執行工作程序的機器裝置。」

所以實際上建造一個機器人，可能遠比你想的要簡單，比如像哈佛大學兩位博士後 Whitesides 和 Alex Nemiroski 這樣，用吸管就能搭建起的半軟體機器人。

Whitesides 和 Alex Nemiroski 來自哈佛大學的實驗室，他們受到節肢動物昆蟲和蜘蛛的啟發，創造了一種能夠自主站立和行走的半軟體機器人，並將研究成果發布在了最近出版的『Soft Robotics』雜誌上。

此前這個實驗室就推出過類似的充氣式軟體機器人，不過有難以保持站立平衡及行走笨拙等缺點。而這次的吸管式機器人則被設計的更加靈活，並有望在將來應用在自然災害或衝突地區的搜索行動中。

Whitesides 教授說：「環顧我們周邊的世界，會發現很多小生物，如蜘蛛與昆蟲。它們行動敏捷，能做很多大型硬性機器人做不到的事情。它們才是地球上最通用的生物形態，我們能從他們身上得到很多仿生技術的啟示。」

於是，他們就用我們生活中最常見的一種道具——吸管，來建造了一個令人驚嘆的簡單聯合。

首先，做一條能單腿爬行的機器人。先在吸管上切割一個槽口，讓他們彎曲。然後，在槽口內插入了很短的管道，當吸氣膨脹時，它將迫使接頭延伸。當管子放氣時，連接在任一側的橡膠筋將使接頭縮回。

然後，就是多條單腿機器人的組合了。根據測試場景的需要，可以給機器人加入第二條腿和第三條腿，以達到讓機器人自行站立的要求。不過隨著腿數量的的增加，控制難度也會加深。

Nemiroski 介紹說：「系統複雜程度每增加一個層次，我們就必須對運動關節進行修改，使其能夠發揮更大的力量或者能夠支持大型機器人的重量。」對於簡單的機器人，Nemiroski 與他的同事通過注射器來控制關節的伸縮，但隨著設計複雜性的增加，他們開始將多腿機器人與 Arduino 微控制器組合在一起，使用閥門和中央壓縮機來控制關節。

最終，當研究人員做成 6 只腿或 8 只腿的機體時，它們走路方式的編程就成為了一個挑戰。「例如，我們分別研究了螞蟻和蜘蛛的運動方式，來排列多腿機器人的運動，以弄清楚這些動物的運動方式是否適用於我們的機器人，決定是否需要開發我們自己的行走類型，以適應這種特殊的關節。」

最後的實驗證明，用這種機器人複製螞蟻獨特的「三角」步態還是蠻成功的，但模仿蜘蛛的行走，則顯得非常棘手。

關於棘手的原因，Nemiroski 解釋說：「一隻蜘蛛能調整其延伸的速度並可自如收縮關節，仔細地計算任何時候特定肢體的前後移動。」而 Nemiroski 他們做的六足機器人閥門系統過於簡單，關節運動是二進位的（決定因素為閥門的開與關）。所以對於八腿機器人，他們就必須開發獨特的步態，以與關節的二進位運動兼容。

儘管這種軟體機器人暫時無法投入現實應用，其控制技術也偏向簡單，但 Whitesides 認為其意義在於思維上的創新，尤其是其使用日常的現成材料，並從生物規律中獲得啟發，進行技術上的重塑，這對於未來的創新方向具有指導意義。

Whitesides 說：「我們沒有任何理由重新發明輪子，像吸管這種日常材料，它們可以有效零成本地將創意變成現實，為什麼不利用它們？」而 Nemiroski 則補充說道：「這裡真正吸引人的正是簡單。我們利用現成的材料，在施工與控制方面非常簡單，通過將單一執行器進行有機組合的方式，就可以實現複雜的多維運動，這是一件能讓我們自豪的事。」

目前這項研究已經得到了美國能源部，DARPA，加拿大自然科學與工程研究理事會，國家科學基金會，瑞典研究理事會和哈佛大學威斯利生物啟發工程研究所的資助。（本文作者：談喆@深圳灣）

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