發布日期：2022-10-09 點擊率：122
傳統機器人依賴預編程，局限于大型生產線等結構化場景。近年來，柔性機器人結合柔性電子、力感知與控制、人工智能技術，獲得了力覺、視覺、聲音等感知能力，應對多任務的通用性與應對環境變化的自適應性大幅提升。
機器人將從大規模、標準化的產線走向小規模、非標準化的場景。預計未來五年，柔性感知機器人將逐步替代傳統工業機器人，成為產線上的主力設備，并在服務機器人領域開始規模化應用。
趨勢解讀
機器人是技術的集大成者，在過去硬件、網絡、人工智能、云計算的融合發展下，技術成熟度有了飛躍式地進展，機器人朝向多任務、自適應、協同化的路線發展。
柔性機器人是重要的突破代表，具有柔軟靈活、可編程、可伸縮等特征，結合柔性電子、力感知與控制等技術，可適應多種工作環境，并在不同任務中進行調節。近年柔性機器人結合人工智能技術，使得機器人具備感知能力，提升了通用性與自主性，降低對預編程的依賴。
柔性感知機器人增加了對環境的感知能力(包含力、視覺、聲音等)，對任務的遷移能力增強，不再像傳統機器人需要窮舉可能性，并且可執行依賴感知的任務(如醫療手術)，拓展機器人的適用場景。另一個優勢是在任務中的自適應能力，面向突發變化能夠及時反應，準確地完成任務并避免問題發生。
在工業機器人領域，柔性感知機器人的出現讓機器人從大規模標準化走向小規模非標準化的產線，柔性感知機器人在任務間的轉換能力強，同時智能化后降低了使用門檻。在疫情影響下招工難度不斷提升，柔性感知機器人有望幫助補足用工缺口。
在服務機器人領域，柔性感知機器人極大改善人機交互的體驗與安全性，通過感知人的行為，更柔軟地產生反應，使得服務機器人可實現與人更自然地交互。
柔性感知機器人的另一個發展方向是可移動性，與AGV(自動導航機器)結合，可在更大范圍中實現自主性與彈性，也為機器間與人機協作創造更多可能。
柔性感知機器人需要克服三大挑戰：一是機器人領域的智能水平受制于端側算力與小樣本學習的有效性，有賴于云端協同的突破；二是柔性機器人的精度受制于材料的剛性，執行任務的準確性較低，有賴于可變材料的突破；三是柔性機器人的成本，有賴于工藝優化及通用化使得價格具備競爭力。
我們預測，未來五年內，柔性機器人將充分結合深度學習帶來的智能感知能力，能面向廣泛場景，逐步替代傳統工業機器人，成為產線上的主力設備。同時在服務機器人領域實現商業化，在場景、體驗、成本方面具備優勢，開始規模化應用。
剛性機器人如何變得“溫柔”？
隨著科技的發展，軟體機器人正慢慢成熟，未來的機器人也能像電影作品里一樣變得“溫柔”。
用“柔軟的血肉”取代“鋼筋鐵骨”
想要把機器人變得“柔軟”，首先要從材料上入手。
目前，絕大多數機器人都是基于金屬制造的剛性結構，這一類機器人壽命長、比較穩定，制造門檻也越來越低。
但正如開頭說得那樣，自身的材料屬性限制了剛性機器人的應用場景。
例如在深海、洞穴、高山等惡劣環境下，剛性機器人很難靈活適應特殊情況，在壓力下材質就會變形；而在醫院、工廠等場景下，剛性機器人很難最大程度發揮自身特點。
軟體機器人的出現，本質是希望從材料上讓機器人更加“柔和多變”，像人一樣進行工作。
早期，軟體機器人大多選擇硅膠材質澆筑而成，在上世紀80年代末期，日本岡山大學軟體機器人實驗室成功研制一種硅膠機械手，該機械手利用氣體壓縮的原理進行機械驅動，可以進行簡單的抓取操作，開創了柔性機器手的先河。
到了2011年，哈佛大學著名化學家George M. Whitesides（喬治·懷特塞茲）帶領的研究小組從烏賊、海星以及其它無脊椎動物獲得啟發，研制了一種有四只“腳”的小型軟體機器人，這種機器人可以像蠕蟲一樣在非常狹窄的空間里進行活動。這項發明結合了前幾代軟體機器人的特點，可以準確抓取各類產品。
這項發明，成功登上了當年的《科學》雜志，也基本奠定了軟體機器人的發展路線。
此后，軟體機器人的材料主要是在硅膠材質的基礎上進行改進。例如意大利Biorotics團隊就在硅膠材質的技術上加入了瀝青、纖維穩定劑、礦粉和少量的細集料組成了全新的SMA（Stone Matrix Asphalt）結構，增加了柔性觸手的抓取力。
另外一些研究團隊將聚乳酸、聚酯等材質運用在機器人上，從而延長壽命。
總之，柔性機器人的進步離不開新材料的發展，當前柔性可穿戴技術，同樣可以看作柔性機器人發展的一個縮影。
如何讓機器人動起來？
軟體機器人另一個需要解決的難題，是如何將柔軟的身體動起來。
在依靠材料搭建完基體之后，機器人還要依靠驅動器（執行器）來運作，但目前軟體機器人的體內依然是剛性驅動器。這就導致如今的軟體機器人更像是“披著硅膠的剛性機器人”。
如果想制作真正的“全軟體機器人”，那么需要著手改進機器人的驅動器。
科學家們給出的解決方案很多，目前最主流的方法是依靠流體物理學的基本規則，給軟體機器人創建執行器。
2016年，來自哈佛大學仿生機器人實驗室Wehner團隊自主研發的軟體機器人Octobot成功登上《Nature》雜志，該機器人利用流體驅動的方式前行，動力全靠化學反應，全身上下沒有一處剛性材料。
這種奇特的思路不同于以往的固體或是液體驅動，更符合軟體機器人的特點。
就在近期，普林斯頓大學化學與生物工程系的團隊再次將流體驅動的方式完善，創立一種“吹氣球”似的泡泡鑄造技術。
簡單來說，就是在制造過程中，使用管狀物或螺旋狀物將空氣泵入液態聚合物中。
通過控制相關因素，例如涂在模具上的彈性體的厚度、彈性體沉降到底部的速度、以及液態聚合物固化所需的時間等，從而控制機器人的動作。
雖然這種結構遠遠稱不上機器人，但它給軟體機器人的建造帶來了新思路，完全可以取代剛性驅動器，并且其幾乎0成本的鍛造技術可以大大降低制造成本。
文章來源： 鎂客網，達摩院DA
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