用材料構(gòu)成的軟體機(jī)器人將應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)

（文章來源：中國機(jī)器人網(wǎng)）

過去，機(jī)器人只能在工廠進(jìn)行繁重的工作或進(jìn)行精細(xì)的工作?，F(xiàn)在，波士頓動力公司靈活的四足機(jī)器人Spot可供公司租借以執(zhí)行各種現(xiàn)實(shí)世界的工作，這標(biāo)志著近年來人機(jī)之間的普通交互已經(jīng)變得多么普遍。盡管Spot具有通用性和堅(jiān)固性，但它卻被社會視為傳統(tǒng)機(jī)器人，即金屬和硬塑料的混合物。許多研究人員堅(jiān)信， 能夠與人進(jìn)行安全的物理交互的軟機(jī)器人（例如，通過抓握和移動物體來提供室內(nèi)幫助）將與硬機(jī)器人一起為未來創(chuàng)造條件。

柔軟的機(jī)器人技術(shù)和可穿戴計(jì)算機(jī)，這兩種對于人類交互而言都是安全的技術(shù)，它們將需要新型的材料，這些材料必須柔軟，可拉伸并具有多種功能。我和我在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)軟機(jī)械實(shí)驗(yàn)室的同事開發(fā)了這些多功能材料。與合作者一起，我們最近開發(fā)了一種這樣的材料，它獨(dú)特地結(jié)合了金屬，軟橡膠和形狀記憶材料的特性。

這些柔軟的多功能材料（我們稱為它們）可以導(dǎo)電，檢測損壞并自我修復(fù)。它們還可以感應(yīng)觸摸，并響應(yīng)電刺激（例如人造肌肉）改變其形狀和剛度。在許多方面，這就像研究人員先驅(qū)Kaushik Bhattacharya和Richard James曾開創(chuàng)性提出的：“ 材料就是機(jī)器?！?/p>

這種認(rèn)為物質(zhì)就是機(jī)器的想法可以在體現(xiàn)智能的概念中體會到。該術(shù)語通常用于描述互連的材料系統(tǒng)，例如膝蓋的肌腱：跑步時(shí)，每次腳踩到地面時(shí)，肌腱都可以拉伸和放松以適應(yīng)，而無需任何神經(jīng)控制。我們也可以把具體的智能想象成一種單一的材料，它可以感知、處理和響應(yīng)周圍的環(huán)境，而不需要像傳感器和處理單元這樣的嵌入式電子設(shè)備。

一個(gè)簡單的例子是橡膠。在分子水平上，橡膠包含成串纏繞在一起的分子串。拉伸或壓縮橡膠會移動并解開琴弦，但它們的連接會迫使橡膠彈回其原始位置而不會永久變形。橡膠“知道”其原始形狀的能力包含在材料結(jié)構(gòu)中。

由于適用于人機(jī)交互的未來工程材料將需要多功能性，因此研究人員已嘗試將彈性材料的新高度（不僅僅是拉伸）構(gòu)建到橡膠等材料中。最近，我的同事們創(chuàng)建了嵌入橡膠的自愈電路。他們首先將包裹在電絕緣“皮膚”中的微型液態(tài)金屬小滴分散在整個(gè)硅橡膠中。在其原始狀態(tài)下，皮膚的薄金屬氧化物層可防止金屬滴導(dǎo)電。

具有自動修復(fù)功能的可伸展導(dǎo)電電路的軟機(jī)器人。然而，如果嵌入金屬的橡膠受到足夠的力，則液滴將破裂并聚結(jié)以形成導(dǎo)電路徑。印在該橡膠上的任何電線都會自愈。在另一項(xiàng)研究中，他們表明自我修復(fù)機(jī)制也可用于檢測損害。在受損區(qū)域中形成新的電線。如果有電信號通過，則表明已損壞。

液態(tài)金屬和橡膠的結(jié)合為材料提供了感知和處理其環(huán)境的新途徑，即體現(xiàn)智能的新形式。液態(tài)金屬的重新排列使材料“知道”由于電響應(yīng)而發(fā)生損壞的時(shí)間。形狀記憶是材料體現(xiàn)智能的另一個(gè)例子。這意味著材料可以可逆地更改為規(guī)定的形式。形狀記憶材料是軟機(jī)器人中直線運(yùn)動的理想選擇，能夠像二頭肌一樣來回移動。但是它們還提供了獨(dú)特而復(fù)雜的形狀改變功能。

通過從液態(tài)金屬復(fù)合材料和形狀變形材料中汲取靈感，我和我的同事最近創(chuàng)建了一種具有前所未有的多功能性的軟復(fù)合材料。它柔軟可拉伸，可以傳導(dǎo)熱量和電流。與普通橡膠不同，它可以主動改變其形狀。由于我們的復(fù)合材料易于導(dǎo)電，因此可以電動激活形狀變形。由于它柔軟且可變形，因此也可以抵抗重大損壞。因?yàn)樗梢詫?dǎo)電，所以該復(fù)合材料可以與傳統(tǒng)電子設(shè)備連接并動態(tài)響應(yīng)觸摸。

此外，我們的復(fù)合材料可以自我修復(fù)并以全新的方式檢測損壞。損壞會產(chǎn)生新的導(dǎo)電線，從而激活材料中的形狀變形。復(fù)合材料在刺破時(shí)會自發(fā)收縮。但是與T-1000不同的是，這些新材料并不是邪惡的力量-它們?yōu)榧僦?，伴侶機(jī)器人，遠(yuǎn)程探測技術(shù)，可改變形狀的天線以及工程師尚未使用的更多應(yīng)用等軟輔助設(shè)備鋪平了道路。甚至還沒有夢想。