早在2011年的时候,该文的第一作者、哈佛大学助理研究员MichaelWehner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。
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。
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。
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。
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。[2]