第1章　软体机器人概述

无处不在的软体机器人

软体机器人是一个新兴的机器人研究领域。我们身边的很多朋友可能都没有听说过软体机器人，或者即便他们听说过软体机器人，也是从流行文化中了解到的。图1-1中展示了一个软体机器人概念外骨骼。世界上最著名的软体机器人是迪士尼2014年推出的电影《超能陆战队》中的经典角色大白。幸运的是，尽管大白这个角色是虚构的，但它却是一个了解软体机器人领域的绝佳切入点，因为大白这个角色是真正直接受到软体机器人研究的启发而诞生的。虽然电影中的大白是一个混合型机器人（有一个可充气的外层覆盖在内部坚硬的机器架构上），但大白的原型——卡内基梅隆大学Chris Atkeson教授的实验室研究人员开发的医疗看护软体机器人是完全充气型的，目的是安全地与残疾人或老年人交互。软体机器人成为一个单独的新兴机器人领域的另一个重要标志是，2014年专门聚焦这一领域的专业期刊Soft Robotics杂志诞生了。

图1-1　Matthew Borgatti和Kari Love设计的概念型软体外骨骼机器人

下面列出了制造软体机器人时可以使用的部分材料：

·纤维织物

·硅胶或其他橡胶

·软塑料

·塑料薄膜

·金属薄片

·纸类

·碳纤维

·橡皮泥

·变形合金

·电活性聚合物

·液态金属

·明胶

·细胞组织

由于软体机器人的技术比较新颖，目前许多几乎没有共同点的机器人项目都被纳入了软体机器人的范畴。软体机器人的一个有趣的地方在于，除了物理柔软性以外，它还涵盖了很多其他方面很难被归类的东西。因此，在软体机器人领域，既包括能进入人体内部的微型机器人，也能找到可驾驶的巨型生物机器人；不仅有橡胶机器人和纸制机器人，还有可食用机器人和太空探索机器人。大型气动冲压成型机器人与由老鼠细胞和葡萄糖驱动的机器人都可以归类于软体机器人这一领域。现在，生物机器人经常被贴上软体机器人的标签！随着时间的推移，它们可能会被划分为多个分支学科，但就目前情况而言，软体机器人仍然是一个前景广阔的跨学科交叉领域。

由于软体机器人可以由很多种材料制成，因此它们的驱动方法也是多种多样的。同样，这些类别所涉及的范围既有深度也有广度，变形合金、电活性聚合物和压电材料也只是由直流电驱动的材料中的一小部分。

下面列出了一些驱动软体机器人运动的动力系统：

·气动系统——使用空气和真空驱动

·液压系统——使用液体驱动

·电力系统——使用电流驱动

·热力系统——使用温度驱动

·磁力系统——使用电磁驱动

·化学系统——使用化学反应驱动

·生物系统——使用活细胞驱动

·混合系统——同时使用多种动力源驱动

以上列表只考虑了驱动机器人运动的方法。完整的驱动系统还包括传感器、能量收集与存储部分。此外，材料科学方面的许多基础性工作都属于软体机器人技术的范畴。目前软体机器人技术的范围是十分广泛的，并且潜力非常巨大。