近日，AMOLF 研究人员在Matter杂志上发表的文章中指出，设计巧妙的压力阀允许软机器人在不需要计算机控制的情况下对环境做出反应。这使得具有与生物体相似的自然运动和触觉反应的机器人离现实更近了一步。这样的发展使软机器人更适合探索崎岖和未知的地形，以及医疗应用。

图片来源：阿莫夫

我们仍然经常将机器人视为由预先计算每一步的中央计算机控制的刚性机器。相反，活的有机体可以平稳地移动，因为智能行为在它们的身体中根深蒂固。这对于必须不断与人互动的机器人（例如用于医疗保健的机器人）来说是理想的选择。因此，软机器人领域的研究人员正在开发由柔软、灵活的材料制成的机器人，这些机器人可以在没有外部指导的情况下对环境的变化做出反应。

AMOLF Soft Robotic Matter Group 负责人 Bas Overvelde 表示：“我们希望制造没有中央计算机的机器人，由于机器人体内的反射功能，它可以移动并对环境做出反应。”

在《物质》杂志上，Overvelde 的团队展示了一种无需电子设备即可在气压下工作的软机器人。由于设计巧妙的阀门，它可以通过响应环境来行走和改变节奏。

番茄酱瓶

新型软机器人的核心是一个“迟滞阀”，局外人看到它可能会将阀门识别为番茄酱瓶开口的变体。

“阀门确保您可以轻松地添加番茄酱，并且液体不会从瓶子中泄漏，”Overvelde 说：“但是，如果你把瓶子倒过来用力挤压，番茄酱有时会溅出，弄得一团糟。”

当开口反复快速地打开和关闭时，就会发生这种情况。现代瓶子已经过改造，以便它们尽可能少地溅出，但 Overvelde 和他的同事们开始探索这种通常不受欢迎的行为是否可以让机器人移动。

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研究人员从计算机模型开始设计特征，例如阀门开口中微小襟翼的刚度。之后，通过将硅橡胶倒入精确的 3D 打印模具中来生产阀门。然后，他们用激光在阀门上切出小凹口。因此，他们生产的阀门通常是关闭的，当压力变得足够高时会突然打开。阀门只有在压力显着降低后才会再次关闭。如果您将这种阀门连接到泵和储液罐上，您会自动创建一种建立压力和释放空气的节奏。如此一来，软体机器人的肌肉就会交替膨胀和放松。

新组件看起来很简单，但被发现具有隐藏的功能。

当我们为连接到同一个水库的两个此类阀门建立计算机模型时，它们开始以高精度交替打开。这完全出乎意料，但后来证明它在实践中也有效。 基于这一原理，研究人员能够构建一个四足机器人，其步态自然，不需要任何外部命令。他们还用五个有节奏的敲击手指管理了一个柔软的机器人手演示器。

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响应环境

软体机器人设计师的终极梦想是机器人不仅能移动，还能对环境做出反应。

Van Laake：“最终，你需要一个机器人，如果它遇到障碍物，它会自动改变步态，因为肌肉和关节会对压力的变化做出反应。”

在实验室中，机器人对环境的响应能力已经被证明是相当成功的。当研究人员通过挤压它短暂地关闭软管时，机器人体内的压力发生了变化，然后机器人切换到不同的步态。新型的软机器人无需中央计算机就能对环境做出反应。

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效率

在床边有软机器人之前，我们还有很长的路要走。但研究人员对前景持乐观态度。Overvelde：“使用我们的机器人，您可以看到如何使用简单的组件来产生复杂的行为，而无需计算每个动作的计算机。”

根据 Van Laake 的说法，由于自然反射而移动的软机器人不仅可以节省计算机功率，还可以节省能源。

在活的有机体中，许多运动和行为来自身体的形状和肌肉的力学，而不是大脑指挥所有的运动。 例如，心脏会自动平衡左右心室的压力，并且会在每一步中重复使用储存在肌腱中的弹性能量。

这非常有效，在这个领域仍有大量的行为有待探索。