果凍機器人變化自如

裘偉廷

傳統(tǒng)機器人大多由活塞、齒輪和杠桿等部分組成，技術(shù)的發(fā)展讓它們越來越能干：能走路或陪主人踢足球，能切菜、煎蛋，能下深海探測……但其堅硬的外殼難以適應(yīng)環(huán)境的多變和復(fù)雜性。機器人新物種“果凍機器人”（也被稱為“液體機器人”或“化學(xué)機器人”）的出現(xiàn)或可解決這一難題。

果凍機器人伸縮自如，能像章魚一樣擠入各種狹小空間，攀爬繩索或樹木，甚至可以溜進人類的身體，消滅各種病毒。早在2000年，日本早稻田大學(xué)仿人機器人研究院就成立了果凍機器人實驗室。傳統(tǒng)機器人依賴的是機械系統(tǒng)，而果凍機器人依靠的是“自組織”化學(xué)信號，并創(chuàng)造自身內(nèi)部控制和機械信號。

在早稻田大學(xué)實驗室里，第一個會走路的機器人“芒果”正整裝待發(fā)——它看起來晶瑩剔透，如尺蠖般收縮、伸展，蠕動了第一步；身體顏色由深變淺，又一步。

“芒果”既沒有骨頭和關(guān)節(jié)，也沒有齒輪或馬達(dá)，完全顛覆了機器人的傳統(tǒng)形象。它由能進行自組織反應(yīng)的材料構(gòu)成，這是一種可依據(jù)環(huán)境變化改變顏色的聚合物，外觀像芒果，變色的過程實際是細(xì)微的化學(xué)反應(yīng)。研究人員可通過控制外部環(huán)境操縱“芒果”的行程，直到它內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)結(jié)束。

就在“芒果”出生一個月后，超迷你果凍機器人“chobots”在布拉格誕生，這是一種微米大小的柔軟機器人。chobots的革新在于通信方式，它不是基于無線電通訊，而是基于分子傳輸，與自然界中的“信息素”類似。

美國人對果凍機器人的制作要求很嚴(yán)格：機器人體積不應(yīng)超過網(wǎng)球大小，能以每分鐘25厘米的速度持續(xù)行進5米，可將自身尺寸減少90%，能穿過直徑1厘米的縫隙并在15秒內(nèi)恢復(fù)原狀。此外，還應(yīng)具有“感官知覺”，以便感知存在的障礙和自己的形狀。

美國國防部高級研究計劃局曾與塔夫茨大學(xué)簽訂了一份價值330萬美元的合約，用以開發(fā)果凍機器人。來自動物神經(jīng)學(xué)、軟材料學(xué)、無線傳輸學(xué)等學(xué)科的科學(xué)家，共同完成了小至2克大至200克的果凍機器人模型。

ChemBot果凍機器人就是在該背景下產(chǎn)生的。它像一個不規(guī)則的球，靠改變外形實現(xiàn)移動。和“芒果”不一樣，ChemBot利用“堵塞”原理，通過增加液體密度使液體變?yōu)楣腆w。機器人內(nèi)部有許多不同的“小房間”，隨著小房間的充氣和放氣，機器人能一漲一縮地移動。

科學(xué)家稱，果凍機器人的設(shè)計和制作，主要依賴于毛蟲神經(jīng)系統(tǒng)的精密性及二元共聚物的物質(zhì)特性。一方面，模仿毛蟲的靈活性、爬行能力及身體延展性等特點，完成機器人的內(nèi)部構(gòu)造；另一方面，采用人造軟質(zhì)材料，以及具有生物兼容及降解性的新型材料。

據(jù)預(yù)測，果凍機器人將極大擴展科學(xué)研究范圍，進入各種復(fù)雜的環(huán)境進行探索，如監(jiān)控和消滅水資源中的有毒物質(zhì)；注進患者體內(nèi)，代替醫(yī)生對患者實施手術(shù)，手術(shù)完成后能自行在人體內(nèi)分解消失；進入爆炸裝置收集數(shù)據(jù)，并將其拆除等。