充入空氣時(shí)，軟機(jī)器人能夠抓取并舉起一個(gè)球 

普林斯頓大學(xué)的研究者創(chuàng)造性地發(fā)明了“氣泡鑄造”法，這是一種使用花式“氣球”制造軟機(jī)器人的新方法，這些花式氣球在充氣時(shí)會(huì)以可預(yù)測(cè)的方式改變形狀。他們用這種方法來(lái)設(shè)計(jì)和創(chuàng)造可抓握的“手”、能拍打的“魚(yú)尾”和能抓回球的細(xì)長(zhǎng)線(xiàn)圈。 

在某一天，它們會(huì)被用來(lái)采摘農(nóng)產(chǎn)品、在傳送帶上小心地抓取物品，或?yàn)槿祟?lèi)提供個(gè)人護(hù)理。它們也可能被用于醫(yī)療，例如可穿戴康復(fù)套裝、幫助心臟跳動(dòng)的植入式設(shè)備等。

相關(guān)研究近日以封面論文形式發(fā)表在國(guó)際知名期刊《自然》上，標(biāo)題為“Bubble casting soft robotics”（氣泡鑄造軟體機(jī)器人）。

傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人有多種用途，例如制造汽車(chē)。不過(guò)，“它們天生不適合與柔軟的東西互動(dòng)，比如人類(lèi)或西紅柿?！闭撐耐ㄓ嵶髡?Pierre-Thomas Brun說(shuō)。

軟體機(jī)器人可以使用低復(fù)雜度、類(lèi)似肌肉的軟執(zhí)行器來(lái)完成復(fù)雜的任務(wù)，例如輕柔抓握、爬行或游泳，其柔軟與仿生運(yùn)動(dòng)的獨(dú)特組合使其在一些剛性機(jī)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用中有吸引力。

軟體機(jī)器人的執(zhí)行器（即引起運(yùn)動(dòng)的組件）可以根據(jù)需要彎曲、扭曲、收縮或伸長(zhǎng)。與依靠關(guān)節(jié)以固定方式移動(dòng)的剛性機(jī)器人不同，軟體機(jī)器人中的材料有以無(wú)限多種方式移動(dòng)和擴(kuò)展的潛力。

軟體機(jī)器人這一蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域受到建模、計(jì)算和制造等方面最新見(jiàn)解的推動(dòng)，這些見(jiàn)解使各種軟機(jī)器的設(shè)計(jì)、編程和組裝成為可能。雖然已經(jīng)證明使用化學(xué)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度或濕度的變化可對(duì)軟執(zhí)行器進(jìn)行制動(dòng)，但由加壓空隙驅(qū)動(dòng)的硅橡膠機(jī)器人由于其簡(jiǎn)單快速的驅(qū)動(dòng)方式引起了相當(dāng)多的關(guān)注。

這種機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)被編碼在執(zhí)行器的形狀或材料中，這樣，內(nèi)部壓力的變化就可以機(jī)械地轉(zhuǎn)換為特定的運(yùn)動(dòng)。通常，這些執(zhí)行器的膨脹很難預(yù)測(cè)，因此需要反復(fù)試驗(yàn)或長(zhǎng)時(shí)間模擬來(lái)為特定應(yīng)用定制執(zhí)行器的形狀。目前，執(zhí)行器的制造工藝在可擴(kuò)展性、設(shè)計(jì)靈活性和穩(wěn)健性方面存在局限性。

而此項(xiàng)工作所使用的“氣泡鑄造”是一種簡(jiǎn)單、靈活的方法，使用流體物理來(lái)創(chuàng)建執(zhí)行器。

具體而言，研究者主要使用名為“彈性體”的液體聚合物，該液體在固化后會(huì)變成一種橡膠狀的彈性材料。他們將這種液體填充到一個(gè)簡(jiǎn)單模具中，如吸管，或螺旋形或鰭狀肢等更復(fù)雜的形狀。然后，再將空氣注入液體中，產(chǎn)生一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的氣泡，從而形成執(zhí)行器的內(nèi)部空隙。

由于重力，隨著彈性體排到底部，氣泡慢慢上升到頂部。一旦彈性體凝固，就可以將其從模具中取出。再用空氣充氣，可使帶有氣泡的薄面在較厚的底座上拉伸和卷曲。

“如果在凝固前允許更多的時(shí)間排空，頂部的薄膜會(huì)更薄。越薄的薄膜，當(dāng)你給它充氣時(shí)它會(huì)拉伸得越多，就會(huì)導(dǎo)致更大的整體彎曲?！闭撐牡谝蛔髡逿revor Jones表示。

通過(guò)控制涂在模具上的彈性體的厚度、彈性體沉降到底部的速度以及固化所需的時(shí)間，研究人員可以決定執(zhí)行器將如何移動(dòng)。

他們成功地制造了抓住黑莓的星形“手”，像肌肉一樣收縮的線(xiàn)圈，甚至在整個(gè)系統(tǒng)膨脹時(shí)一根根卷起的“手指”，就像彈鋼琴一樣。這些執(zhí)行器在充氣時(shí)會(huì)變形。

“氣泡鑄造”的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需3D打印機(jī)、激光切割機(jī)或其他通常用于軟機(jī)器人的昂貴工具。該系統(tǒng)也是可擴(kuò)展的。它有可能制造出長(zhǎng)達(dá)數(shù)米、薄至100微米的執(zhí)行器。

研究人員表示，他們期望這一方法的靈活性、魯棒性和預(yù)測(cè)性能夠通過(guò)組裝復(fù)雜的執(zhí)行器（例如長(zhǎng)的、曲折的或血管結(jié)構(gòu)）來(lái)加速軟體機(jī)器人的發(fā)展。

盡管具有靈活性，但這種方式也有其局限性。比如，過(guò)度充氣會(huì)導(dǎo)致氣球爆裂?！笆∈窍喈?dāng)災(zāi)難性的。”Jones表示。

接下來(lái)，該小組將使用該系統(tǒng)創(chuàng)建更復(fù)雜的執(zhí)行器，并探索新的應(yīng)用。 

他們對(duì)設(shè)計(jì)在連續(xù)波中一起移動(dòng)的執(zhí)行器很感興趣，就像爬行著的千足蟲(chóng)的腳一樣。另一種可能性是創(chuàng)建制造腔室的執(zhí)行器，它使用單個(gè)壓力源進(jìn)行充氣，能夠交替收縮和放松，從而模擬人類(lèi)心臟的跳動(dòng)。