全球首个全软体机器人问世：酷似章鱼，无需电力便可自主运动

机器人不再硬邦邦：这款3D打印出来的机器人，全使用柔性材料，外形酷似章鱼，无需电力便可自主运动，材料成本还不到3美元。

当地时间8月24日，通过《自然》杂志的一篇学术文章，来自哈佛大学威斯生物工程研究所的全软体机器人“Octobot（章鱼机器人）”，向世人宣告了它的诞生。该文的通讯作者是哈佛大学的工程师Robert Wood和Jennifer Lewis，在他们的描述中，Octobot是一只仅手掌大、各个构件都不使用硬性材料的自动机器人。

Robert Wood表示，“和一般的电子回路相比，我们在回路中传递的不是电子，而是液体和气体。”由硅橡胶制成的Octobot不靠电来驱动，而是通过化学反应产生的大量气体聚集压缩，借助压强变化，实现机械臂的运动。

一直以来，灾险救援、极端环境探测都是人类研发机器人的重要应用场景，但传统机器人的刚性材料经不起撞击，反而在未知的复杂环境中“拖后腿”。如果把机器人的材料替换成柔性的，就可以让机器人更好地适应外部环境。

早在2011年的时候，该文的第一作者、哈佛大学助理研究员Michael Wehner就已经带领着他的团队探索全柔性机器人。当时他们想的是用常规的泵阀系统来驱动机器人，并且需要电缆连接机器人，这意味着这只是一个半柔性机器人。当时横亘在科学家面前的难题是，如何将电池和回路用柔性材料代替。

5年后，Octobot才成为世界上首个全软体机器人。Wehner团队从章鱼身上找到灵感，不仅机器人的躯干和致动器是柔性材料，连控制系统和电源也使用柔性材料，无需再受外置电缆的牵制。

赋予这只全软体机器人“自由”的是化学反应。

据《自然》杂志特约作者Helen Shen介绍，Octobot 的“大脑”部分是柔性微流体回路，可以用由压强激活的阀门和开关，在通道内传导液体燃料。这种液体燃料是50%浓度的过氧化氢溶液，它会在铂的催化下快速生成大量的水和氧气，生成物的体积比原本的反应物大，从而改变通道内的压强。章鱼机器人的机械臂受到突然增大的压强影响，会膨胀舒展，从而实现机械臂的运动。排气孔同时保证氧气最终会通过排气孔排出。

但如何保证章鱼机器人能保持一段时间而不是一次性的自主运动？研究团队的设计是把机器人的八只机械臂分为两批（四只机械臂为一批），机械臂中设置了阀门和开关。启动Octobot需要实验者的协助，将过氧化氢分别注入到两个储液槽中，这两个储液槽分别对应一批机械臂。注入后，储液槽会像气球一样会慢慢膨胀，并利用压强差将过氧化氢通过微流体回路。这时，由于压强的变化，有些机械臂的控制点会打开，剩余的会关闭，以此确保同一时间只有一半机械臂流通燃料。随着燃料的消耗，所流通的机械臂内部压强会下降，使得燃料转而流向另半部分原本关闭通道的机械臂。如此往复，通过精巧的阀门开关设计，利用不断变化的压强差，燃料进行来回流通，Octobot能保持机械臂在一段时间内的自主运动。

通过Octobot的工作机制可以看到，它内部的通道扮演着重要的角色，是它的“大脑”和机械臂进行“通信”的渠道。这些通道都由3D打印而成，打印过程也很有趣。研究者们在章鱼形状的模具中倒入了有机硅聚合物，又在聚合物中注入一种特殊的墨水，这种墨水可以在聚合物中保持形状和位置。加热后，墨水会蒸发，留下了Octobot内部的通道网络。制造Octobot的材料成本也很低，只需不到3美元，每份燃料大约仅5美分，这让大规模应用免去对高成本的顾虑。

但目前而言，Octobot还没有达到它的最佳状态，需要继续改善。一次添加的燃料（1毫升）只能维持章鱼机器人大约4-8分钟的“生命”。就自主运动而言，也比较单一，还无法实现自主转向。

该项目的领导者之一Robert Wood也表示，Octobot目前还没有专门为一项操作任务进行设计，只是作为一种技术的展示。后续，微流体回路会升级得更为精密复杂，从而确保Octobot能更持久地运动，再搭配恰当的肢体动作，实现更复杂的操作。

除此之外，为了更好适用于复杂的应用场景，Octobot可能还需要将微流体回路和柔性传感器结合，让全软体机器人更智能。