哈佛博士剔除软体机器人身上最后一根“硬骨头” 柔性计算机问世

导读

近年来软体机器人发展迅速，它们迫不及待地希望剔除身体中的“硬骨头”——金属部件，在这条剔除之路上，来自哈佛的博士后Preston制作出了一台柔性计算机，不但剔除了“骨头”，还希望将软体机器人打造得可编程化。

作者:风雨抚蕖

编辑：Aliey

一个软体机器人，连接到一个气球，浸没在一个透明的水柱中，下潜然后上浮，然后再次潜水和浮出水面，就像一条追逐苍蝇的鱼。这对已有的软体机器人而言实在不是一个复杂的技巧，但与大多数软机器人不同，这款机器人的制造和操作都没有硬件和电子部件的参与。

在这个机器人系统中，一台柔性的橡胶计算机告诉气球何时上升或下降。这款机器人首次完全依赖于软数字逻辑。

在过去的十年中，软机器人已经涌入到了金属占主导地位的机器人领域。由橡胶硅树脂材料制成的夹具已经用于生产线上：缓冲爪抓取水果和蔬菜，如西红柿，芹菜和香肠。

而在实验室中，夹具可以拾取光滑的鱼，活老鼠甚至昆虫，从而代替人们完成更多的任务。

软机器人所需要的控制系统比硬机器人更简单。这主要是因为夹具是如此的柔软，不会产生过大的压力损坏物体，这样就不需要进行校准压力，简单的实现开关就足够了。但到目前为止，大多数软机器人仍然依赖于某些硬件：金属阀、橡胶夹持器和臂的空气通道。

现在，研究人员用橡胶和空气建造了一台柔软的计算机。

DanielJ. Preston表示“我们正在模仿电子计算机的思维过程，只使用软材料和气动信号，用压缩空气代替电子设备“，他是PNAS发表论文的第一作者，也是GeorgeWhitesides的博士后研究员。

Preston的软计算机使用硅胶管和加压空气模拟该系统。为了实现复杂操作所需的最小类型的逻辑门——NOT（非），AND（与）和OR（或），他编程软阀以对不同的空气压力作出反应。例如，对于NOT逻辑门，如果输入为高压，则输出为低压。Preston表示，”通过这三个逻辑门，你可以复制任何电子计算机上的任何行为。”显然这是对图灵深邃思想的又一次运用。

例如，水箱中的浮动鱼状机器人使用环境压力传感器（改进的非门）来确定要采取的行动。

当电路感应到水箱顶部的高压时，机器人下潜

当感应到深处的高压时，机器人上浮。

如果有人按下外部软按钮，机器人也可以执行相应的命令。

这样仅使用软部件制造的机器人有几个好处。在工业环境中，大型金属机器运动时可能来不及减速而撞到人类，如果是金属机器人就可能会造成严重的伤害。但是，如果一个柔软的机器人撞到一个人，对你而言可能就是享受了一把按摩。不仅仅是更安全：软体机器人通常更便宜，更简单，重量更轻，耐损坏和腐蚀性材料。

对于铝，氢氧化钠好客的让你与它融为一体

对于咱们的软体机器人，显然要好过些

经过编程化，机器人可以感知用户的温度并进行软挤压以指示发烧，当水压上升过高时向潜水员发出警报，或者在自然灾害后清楚废墟以帮助找到受害者。软机器人也可以进行运用到电子设备的研究中：比如，核故障后的高辐射场或外太空中产生的辐射场，以及磁共振成像（MRI）机器的内部。亦或在飓风或洪水过后，一个“强壮”的软机器人可以管理危险的地形和有害的空气。

Preston说：“如果它被汽车碾过，它就会继续运转，这对硬机器人而言是难以实现的。（除非你确实足够硬）”Preston及其同事不是第一个不通过电子设备来控制机器人的研究人员。其他研究团队设计了微流体电路，可以使用液体和空气来创建非电子逻辑门。然而，微流体逻辑电路通常依赖于硬质材料，如玻璃或硬塑料，并且它们使用这样的薄通道，一次只有少量空气可以通过，从而减慢机器人的运动。相比之下，Preston的通道直径更大——接近1毫米，这使得空气流速更快。

他的空气夹持器可以在几秒钟内抓住物体。微流体电路的能量效率也较低。即使在休息时，这些设备也使用气动电阻器，它将空气从大气流到真空或压力源以保持静止。Preston的电路在休眠时不需要能量输入。在机器人远离可靠能源的紧急情况或灾难情况下，这种节能显得至关重要。

橡胶机器人也提供了诱人的可能性：隐形（这可能是抄袭了水母）。根据Preston选择的材料，他可以设计一个与特定物质进行索引匹配的机器人。因此，如果他选择一种在水中伪装的材料，机器人在浸没时会显得透明。在未来，他和他的同事们希望创造肉眼看不见甚至是声纳探测的自主机器人。

显然这个点子很有意思，在气动原理的基础上辅以离散化的气压实现计算机化，只是不知道点子能否实现。