一個軟的機器人連接在一個氣球上，它潛入到一個透明的水柱中，潛入水底，浮出水面，然后再潛入水底，再浮出水面，就像一條在追逐蒼蠅的魚。軟機器人以前也做過這種把戲，但與大多數(shù)軟性機器人不同，這款軟機器人的制造和操作過程均沒有硬的部件或電子部件。在機器人的氣球內(nèi)部，一臺柔軟的橡膠電腦正在指揮氣球要在什么時候上升或者下降。這是軟機器人首次完全依賴于軟數(shù)字邏輯。

在過去的十年里，軟機器人已經(jīng)進入了以往以金屬為主的機器人領(lǐng)域。橡膠硅膠材料制成的夾持器已經(jīng)在生產(chǎn)線上得到了應(yīng)用：這些緩沖爪可以處理番茄、芹菜和香腸等脆弱的蔬果，也可以從板條箱中取出瓶子和毛衣。在實驗室里，這些鉗子可以捕捉粘滑的魚、活老鼠，甚至昆蟲，減少更多的人類活動。

軟機器人需要的控制系統(tǒng)已經(jīng)比硬機器人的更簡單。軟機器人的爪非常地柔軟，它們甚至不能施加足夠的壓力來破壞一個物體，因此軟機器人沒有必要校準(zhǔn)壓力，一個簡單的開關(guān)就足夠了。但到目前為止，大多數(shù)軟機器人仍然會依賴于一些硬件：一個用于控制空氣通道的金屬閥門(這個空氣通道負(fù)責(zé)控制橡膠爪和手臂)，以及一個告訴這些閥門什么時候開關(guān)的計算機。

現(xiàn)在，研究人員只用橡膠和空氣就制造了這樣的一臺軟計算機?！拔覀冎皇褂密洸牧虾蜌鈩有盘杹砟M電子計算機的思維過程，用壓縮空氣代替電子，”丹尼爾·j·普雷斯頓(DanielJ.Preston)說，丹尼爾是在美國國家科學(xué)院院刊發(fā)表的論文的第一作者，同時他還是一名博士后研究員，與喬治·懷特賽茲(GeorgeWhitesides)一起進行研究工作，喬治是哈佛大學(xué)威斯生物啟發(fā)工程研究所的創(chuàng)始核心教員，也是哈佛大學(xué)化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)系主任伍德福德·l·弗勞爾斯和安·a·弗勞爾斯大學(xué)教授

為了做出決定，計算機會使用數(shù)字邏輯門，即接收信息(輸入)并根據(jù)編程確定反應(yīng)(輸出)的電子電路。我們的神經(jīng)回路與此相比也并沒有太大的不同：當(dāng)醫(yī)生擊打我們膝蓋骨下的肌腱(輸入)時，神經(jīng)系統(tǒng)就會按設(shè)定“抽搐”(輸出)。

普雷斯頓的軟計算機使用硅膠管和壓縮空氣模擬了這個系統(tǒng)。為了達到復(fù)雜操作所需邏輯門的最小類型(在這個例子中是“否”，“和”，“或”三個)，他對軟閥進行了編程，使其能對不同的空氣壓力做出反應(yīng)。例如，對于“否”的邏輯門，如果輸入是高壓，輸出將是低壓。普雷斯頓說，有了這三個邏輯門，“你可以復(fù)制在任何電子計算機上發(fā)現(xiàn)的任何行為。”

例如，在水箱中漂浮著的像魚一樣的機器人，使用一個環(huán)境壓力傳感器(一個改進的“否”邏輯門)來決定采取什么行動。當(dāng)回路感應(yīng)到水箱頂部的低壓時，機器人會下潛;當(dāng)回路感應(yīng)到水箱深處的高壓時，機器人會上浮。如果有人按下外部的軟按鈕的話，機器人也可以根據(jù)指令浮出水面。

全身只有軟部件的機器人有幾個好處。在工業(yè)環(huán)境中，如汽車工廠，大型金屬機器以盲速和功率運行。如果有一個人擋道，一個硬機器人可能會造成無法彌補的傷害。但是如果一個軟機器人撞上了人，普雷斯頓說，“你就不用擔(dān)心受傷或者出現(xiàn)災(zāi)難性的事故了。它們只能施加有限的力量?！?/p>

但軟機器人不僅更安全：它們通常也更便宜，制作也更簡單，重量更輕，抗損壞和耐腐蝕并且還耐用。加上人工智能智能和軟機器人可以做的不僅僅是處理西紅柿。例如，機器人可以感知用戶的體溫，并發(fā)出輕微的擠壓來表示用戶有可能發(fā)燒，當(dāng)水壓過高時向潛水員發(fā)出警報，或者在自然災(zāi)害后清理廢墟，以幫助尋找受害者并提供援助。

軟機器人也可以冒險進入電子產(chǎn)品不能應(yīng)對的領(lǐng)域：高輻射領(lǐng)域，比如核故障后產(chǎn)生的輻射領(lǐng)域或外太空輻射領(lǐng)域，以及核磁共振成像機內(nèi)部。在颶風(fēng)或洪水過后，一個強壯的軟機器人可以應(yīng)對危險的地形和有毒的空氣。普雷斯頓說：“如果它被汽車輾過，它還是會繼續(xù)前進，這是我們用硬機器人所做不到的事?！?/p>

普雷斯頓和他的同事并不是第一個在沒有電子設(shè)備的情況下控制機器人的人。其他研究團隊業(yè)已經(jīng)設(shè)計了微流體電路，它可以使用液體和空氣來創(chuàng)建非電子邏輯門。一個微流體振蕩器可以幫助一個柔軟的章魚形機器人拍打其所有8條手臂。

然而，微流體邏輯電路往往依賴于玻璃或硬塑料等硬材料，它們使用的是非常細的通道，一次只能通過少量空氣，這減慢了機器人的運動速度。相比之下，普雷斯頓的通道更大——直徑接近1毫米——這使得空氣流速更快，他的氣爪可以在幾秒鐘內(nèi)抓住一個物體。

微流體電路的能源效率也較低。即使在休息的時候，這些設(shè)備也會使用一個氣動電阻(它將空氣從大氣中輸送到真空或壓力源)，以保持靜止?fàn)顟B(tài)。而普雷斯頓的電路在休眠時則不需要能量輸入，在機器人遠離可靠能源的緊急或災(zāi)難情況下，這種節(jié)能可能至關(guān)重要。

這種柔軟的氣動機器人還提供了一種誘人的可能性：隱形。根據(jù)普雷斯頓選擇的材料，他可以設(shè)計出與特定物質(zhì)指數(shù)匹配的機器人。所以，如果他選擇了一種能在水中偽裝的材料，機器人在水下就會顯得透明。在未來，他和他的同事希望創(chuàng)造出肉眼甚至聲納探測都看不見的自主機器人?！斑@只是關(guān)乎到選擇正確材料的問題，”他說。

對普雷斯頓來說，合適的材料是彈性體或橡膠。當(dāng)其他領(lǐng)域用機器學(xué)習(xí)和人工智能來追求更高的能力時，Whitesides團隊卻避開了日益增加的復(fù)雜性。普雷斯頓說：“這里面有很多功能，但退一步想想是不是有一種更簡單的方法可以讓你得到同樣的結(jié)果也是件好事，尤其是如果它不僅更簡單，而且也更便宜的話?！?/p>

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