“章魚機(jī)器人”開啟軟體機(jī)器人新時(shí)代

鄭詩濃

自然是取之不盡的靈感源泉，科學(xué)家曾將蟑螂、鰻魚、蠑螈、蜘蛛等動(dòng)物的特點(diǎn)運(yùn)用到尖端科技當(dāng)中，并取得了巨大的成功。而這一次，他們把目光聚焦在了章魚身上。來自哈佛大學(xué)威斯生物工程研究所的團(tuán)隊(duì)，受到柔軟的八爪動(dòng)物啟發(fā)，創(chuàng)造出了世界上第一個(gè)自主式軟體機(jī)器人。

這個(gè)機(jī)器人的形象和以往的機(jī)器人大不相同，它看起來就像一只通體透明的小章魚，且身體兩側(cè)共有八根彈性超強(qiáng)，會有規(guī)律、自主彎曲的機(jī)械臂，啟動(dòng)時(shí)仿佛真的章魚正悠閑地?fù)]舞著觸角。

機(jī)械章魚的不同之處在于它的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)者們腦洞大開，改變了傳統(tǒng)以電作為動(dòng)力，而是用3D打印技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。他們先在章魚形狀的模具中倒入了有機(jī)硅聚合物，又在聚合物中注入一種特殊的墨水，這種墨水可以在聚合物中保持形狀和位置。加熱后，墨水蒸發(fā)，留下了內(nèi)部的通道。

和普通的電子回路不同，在機(jī)械章魚的回路里傳遞的不是電子，而是液體和氣體。它大大的腦袋里面，有兩個(gè)儲存過氧化氫水溶液的小房間。水溶液在旁邊振蕩器的調(diào)節(jié)下會流出，進(jìn)入身體里的反應(yīng)室，在鉑基催化劑的催化下，過氧化氫水溶液會分解出氧氣。這些氣體因壓力被擠到章魚的觸角中，柔軟的觸角膨脹舒展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，剩余廢氣將從排氣孔中排出。

研究者把簡單的化學(xué)反應(yīng)與軟性材料相結(jié)合，得到了驚人的效果。但怎樣保證機(jī)械章魚體內(nèi)的化學(xué)燃料能持續(xù)使用一段時(shí)間，而不是在反應(yīng)中一次性消耗完呢？由羅伯特帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)為此煞費(fèi)苦心。

由于壓強(qiáng)的變化，有些機(jī)械臂的閥門會打開，剩余的則會關(guān)閉，以此保證同一時(shí)間內(nèi)只有一部分機(jī)械臂流通燃料。隨著燃料的消耗，先運(yùn)動(dòng)過的機(jī)械臂內(nèi)壓強(qiáng)下降，使得燃料轉(zhuǎn)向另一部分原本關(guān)閉的通道。在閥門開關(guān)的巧妙作用下，燃料來回流通，確保了機(jī)械章魚在一段時(shí)間內(nèi)的自主運(yùn)動(dòng)。

啟動(dòng)機(jī)械章魚需要人工協(xié)助，研究者將過氧化氫水溶液注入后，便開啟了上述過程。羅伯特表示，這只可愛的小章魚機(jī)器人的制作材料成本不到3美元，目前機(jī)械章魚只有4～8分鐘的“生命”，還有待繼續(xù)改善。