机器人越来越贴近我们的生活,甚至一些家庭已经用上了机器人,比如扫地机器人。但是机器人多是机器形态,距离人的模样还差很远。机器变成人,思路在哪里?
机器人为什么很机械
工厂流水线上的机器人、家里扫地的机器人等,这些机器人之所以机械,缺少人体肢体动作的灵活性,关键原因是它们太硬了!
机器人很硬实,主要是为了适合它们的驱动方式。目前,主流机器人都是机械驱动的,以电动机为动力源,通过电动机的转动,把能量输送给齿轮和连杆,然后齿轮和连杆带动机器人运动。
用电动机、齿轮和连杆驱动机器人,机器人首先需要承受得住各种驱动连杆带来的外力,所以它们自身就必须做得特别硬实。如果利用连杆驱动的机器人是软体的,齿轮一转,连杆一摇,它立即就会被绞变形。软体机器人通常无法承受连杆传输的机械动力,含有电动机、齿轮、连杆的机器人,大都是些钢铁机械构件,很硬实。
因此,机械驱动机器人所完成的任务必然是机械而简单的,难以完成精细任务。比如连杆驱动的机器人能夹起杯子,却难握住杯子,让它握住一枚绣花针就更难了。
别小看了“夹”与“握”的区别,“夹”是低级的机械动作,“握”是具有人手功能的精细动作,从夹到握其实是普通机器人到软体机器人的技术跨越。
如果机器人非常生硬地用“夹”的动作与你握手,你肯定感觉不舒服。反之,如果机器人真的能与你握手,则一定是亲切的。因此,科学家一直在寻找将机器人从硬变软的制造新办法。
气体驱动让机器人变软
既然用齿轮、连杆传输动力是机器人不能变软的技术原因,那么可不可以不用齿轮、连杆强硬的传力驱动,改用柔和的方式驱动机器人呢?
有科学家首先想到了液压动力传输,就是通过附设在机器人身体上的液压装置向机器人传输驱动力,控制机器人运动。液压动力传输装置在挖掘机上就有。挖掘机的长臂和挖斗在液压动力装置的调节下,会不断做出伸展挖掘的动作,非常像人的手臂动作,相当灵活,机械感大大降低了。
用液压装置传输动力,会让机器人的动作更加精细,但还是无法把机器人的身体完全做软,因为液压动力装置还需要配备连杆,动力输出也比较硬。另外,传输动力的液体需要装进钢制容器里,机器人身体上的钢制硬件比较多,这也是机器人无法完全变软的材料障碍。因此,依靠液压装置驱动的机器人,动作虽然软了一些,但机器人身体仍旧需要强硬。
科学家把思路又转换了一下:把机器人的身体做成类似于气球质地的软体形态,然后把气体充进机器人的组成部件里,通过改变机器人软体部件里的气压,直接驱动机器人做出动作行不行呢?
举个简单的例子:先把没有打气的游泳圈套在你身上,它没有套住你是吧,然后给游泳圈打足气,游泳圈鼓起来了,你也就被它套住了。戏水结束后,想把游泳圈取下来怎么办,放气呀。如果把游泳圈比作一个简单的软体机器人,那么冲气和放气就是气压驱动的过程,通过改变机器人身体内的气体压力,可以完成许多精细动作。
所以,用软物质做机器人,然后通过控制软体部件内的气体压力,让机器人运动起来,就是软体机器人制造和驱动的新办法。
软体机器人正在拧灯泡
通过科学家的努力,这种软体机器人已经研发成功:通过电脑控制柔性机器人手内的空气压力,又通过较为繁杂的充气、放气调节,柔性机器人手可以拧换灯泡。而且动作软化,初步拥有了人手的精准功能。
新型光驱动柔性材料
用气压的变化来驱动机器人,的确可以让机器人变软,更具人的质感。但是气压驱动软体机器人至今没有被大规模推广,因为人们对气压柔性机器人的需求很少。
人们之所以不太需求气压驱动的软体机器人,是因为这种软体机器人的动作太慢了。我们用手去握一个杯子,眨眼可成。用气压驱动软体机器人去握一个杯子,虽然能很好地握起来,但是充气、放气的过程太缓慢,动作很慢,把杯子端过来,有种水都要凉了的感觉。
气压驱动软体机器人虽然很柔软,但是因为动作太慢,在生活和生产中几乎失去了应用价值。所以说,气压驱动软体机器人无法替代硬邦邦的机械驱动机器人。
现在,科学家还在不断研发气压驱动软体机器人的提升行动速度的方案,想通过速度的提升拓展气压驱动软体机器人的应用空间。我们当然希望,气压驱动软体机器人能尽快改变慢腾腾的行动特点。
在气压驱动软体机器人处于提速攻关的艰难时刻,中国软体机器人研究专家另辟蹊径,研发出新型的高科技柔性材料,为软体机器人制造提供了新路径。
中国科学家研制的新型柔性材料,很柔软,可以制造机器人的身体部件。驱动这种新型柔性材料的动力传输方式也很特别,完全改变了传统的机械驱动和液压、气压驱动方式,变成了光照驱动。
在实验室里,只要用光线一照新型柔性材料,这种材料立即就能产生一个弹指动作,从桌面上弹跳起来,光线一停止,它又恢复原样。也就是说,新型柔性材料可以直接用光线来驱动!
用光线驱动的柔性材料做成的软体机器人,身体可以不用钢铁,却可以做得非常柔软,然后用光线的强弱来驱动,你一照,它就动,速度很快,动作精确。
目前,中国光驱动新型柔性材料已经成功地通过光线驱动,模拟出了弹跳动作,相信更多的光线驱动运动方式在不久的将来会被开发出来。这样看来,真正高效柔软的机器人距离我们是越来越近了。
作者:蔡雨孜
初审、一校:陈 晶
复审、二校:成自来
终审、三校:陈光中