軟體機器人的吸引力在于它的靈活性和通用性，能彎曲和塑形，制成任何想要的形狀。浙江大學(xué)之江實驗室的科研團隊及其合作者，于2021年3月4日研制出一款無需耐壓外殼的仿生軟體智能機器人。研究團隊的靈感來自鈍口擬獅子魚，它創(chuàng)下了一項人類拍到活體魚類的最深紀(jì)錄——8178 米，可承受700千克/平方厘米的壓力，表現(xiàn)出頑強的生存能力和靈活的移動能力。鈍口擬獅子魚身體呈流線型，表現(xiàn)出對深海環(huán)境的多種適應(yīng)性，包括透明的皮膚、能拍打的胸鰭、巨大的胃、較纖細的肌肉、輕微骨化的骨骼和不完全封閉的顱骨。它的一個與骨骼鈣化相關(guān)的基因發(fā)生了假基因化，使得其骨骼變得非常薄且能夠彎曲。鈍口擬獅子魚的生育周期也大大延長，以便更好地在惡劣的環(huán)境下生存繁衍。
在軟體機器人的制作方法中，最簡單的是用3D打印，用柔軟卻有韌性的材料取代傳統(tǒng)的剛性連接器和外殼。其中，液態(tài)硅橡膠最為引人注目，它具有流動性好、硫化快的特點，既可澆注成型，也可注射成型。美國哈佛大學(xué)科學(xué)家開發(fā)的有史以來第一臺軟體自主機器人Octobot，使用的就是液態(tài)硅橡膠。它只有手掌大小，不靠電驅(qū)動，而是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體聚集壓縮，借助壓強變化，實現(xiàn)機械臂的運動。
科學(xué)家把機器人設(shè)計成一個與鈍口擬獅子魚相似的軟體，每側(cè)有2個大鰭，大鰭前緣由較硬的材料制成，可以上下彎曲，其上還附著一層薄薄的柔性薄膜，幫助它提供推進力。該機器人全長 22 厘米（其中體長11.5 厘米，尾長10.5 厘米），翼展28 厘米。電力和控制電子設(shè)備包括鋰離子電池、高壓放大器、紅外接收器、放電電阻器和微程序控制器等。“肌肉”位于軟體和大鰭的交界處，由能將電能轉(zhuǎn)換成機械功的材料構(gòu)成，并固定在散熱片上，它的收縮會使大鰭相對于軟體向下拉。
傳統(tǒng)的水下航行器需要金屬材料制成的水密外殼，以承受深海高壓，并且隨著下潛深度要求的提高，外殼的厚度和尺寸也要增加。然而，這款機器人消除了對耐壓外殼的需求。研究人員通過壓力測試發(fā)現(xiàn)，如果精密的電子元件密集地封裝在一塊印刷電路板上，它們的接口處容易發(fā)生故障，而將其嵌入并分布在柔軟的硅樹脂基體中，可保護其免受高壓影響。這種設(shè)計源于鈍口擬獅子魚頭骨的分布，相較其他保護深海電子設(shè)備的方法更實用，成本也更為低廉。
科學(xué)家在機械驅(qū)動部分，選用了一種加上電壓即可出現(xiàn)形變的電激活聚合物。這種介電彈性體（DE）成為機器人游動的關(guān)鍵。當(dāng)施加交流電壓時，周期性變形的DE“肌肉”使2個鰭產(chǎn)生拍打運動以推進游動。
為了測試該軟體機器人的游動性能，研究人員首先在壓力水腔中進行了試驗。接著，他們在70米深的湖泊中進行了測試，機器人能夠以3.16厘米/秒的速度自由游動。之后，在中國南海現(xiàn)場試驗中，機器人由遙控潛水器攜帶到 3224 米的深度，在8千伏、1赫茲的交流電壓的驅(qū)動下，以5.19厘米/秒的速度拍打雙鰭運動，成功地實現(xiàn)了自由游動。最后，研究人員在馬里亞納海溝分別測試了機器人的雙鰭拍打運動和克服壓力阻力的能力。他們將機器人安裝在深海著陸器上，機器人內(nèi)部自帶容量為 2500毫安的鋰離子電池和高壓放大器自動供電，可以產(chǎn)生0.5赫茲的7千伏、8千伏和9千伏的激勵交流電壓。最終結(jié)果顯示，在沒有耐壓外殼壓力容器的情況下，機器人撲鰭驅(qū)動保持了45分鐘。
多次試驗表明，這款無需耐壓外殼的仿生軟體智能機器人有極好的耐壓和游泳性能。對此，外國機器人專家高度評價道：“這款軟體智能機器人，達到了受生物啟發(fā)的軟體機器人所能實現(xiàn)的極限。”
“章魚”完全不靠電驅(qū)動
在軟體機器人的制作方法中，最簡單的是用3D打印，用柔軟卻有韌性的材料取代傳統(tǒng)的剛性連接器和外殼。其中，液態(tài)硅橡膠最為引人注目，它具有流動性好、硫化快的特點，既可澆注成型，也可注射成型。美國哈佛大學(xué)科學(xué)家開發(fā)的有史以來第一臺軟體自主機器人Octobot，使用的就是液態(tài)硅橡膠。它只有手掌大小，不靠電驅(qū)動，而是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體聚集壓縮，借助壓強變化，實現(xiàn)機械臂的運動。
研究團隊最早設(shè)想的只是一個半柔性機器人，用常規(guī)的泵閥系統(tǒng)驅(qū)動，并且需要電纜連接機。后來，他們從章魚身上找到靈感，不僅機器人的軀干和致動器使用的是柔性材料，而且控制系統(tǒng)和電源也使用柔性材料，無需再受外置電纜的牽制。經(jīng)過5年攻關(guān)，他們終于使Octobot成為世界上首個全軟體機器人，能扭曲著繞過障礙物。
Octobot的“大腦”部分設(shè)計有柔性微流體回路，可以用由壓強激活的閥門和開關(guān)在通道內(nèi)傳導(dǎo)濃度為50%的過氧化氫溶液。在鉑金屬粉末的催化下，這種液體燃料會快速生成大量的水和氧氣。由于生成物的體積大于原來反應(yīng)物的體積，通道內(nèi)的壓強由此產(chǎn)生改變，使Octobot的機械臂在突然增大的壓強的影響下膨脹舒展，進行運動。與此同時，排氣孔保證氧氣最終會通過它排出。
