紡織品讓“軟機器人”更人性化

在20世紀初，捷克作家卡雷爾·恰佩克(Karel Capek)創(chuàng)作的三幕科幻劇《羅薩姆的萬能機器人》(Rossum’s Universal Robots)中第一次出現(xiàn)了機器人“Robot”一詞，到2020年恰好100周年。在劇中，依賴于工廠的智能機器人被視為人類的威脅。冰冷堅硬的軀殼給人一種非人或異類的視覺印象。隨著機器人技術的應用在人體、工作場所和環(huán)境等方面的拓展，人們的關注點開始放到更加柔軟靈活的機器人上，因此柔性紡織品在人們的機器人想象中扮演著更重要的角色。

在2013年出版的《軟機器人》第一篇相關論文中，主編解釋了人類在這一領域的創(chuàng)新動機，即他們通過將軟材料構建到機器基本設計中，或完全由紡織軟材料構建，為全新類型的機器設計創(chuàng)造出一種未開發(fā)的資源，為其增加了一個新維度。

這是技術思維的重要轉變——開始圍繞機器人的作用及它如何與人類共存甚至增強人類的創(chuàng)新能力。在太空、軍事、醫(yī)療和材料等應用領域尋找新方法，通過其獨特的屬性（包括力量、智慧、靈活性和柔軟性）給人類社會帶來更多助力。

太空領域

在人類登上月球之前，美國宇航局（NASA）已發(fā)送過“漫游者號（Ranger）” “勘測者號（Surveyor）”和探月飛行機器人來收集和傳輸信息，為人類太空旅行做準備。這些機器人在設計性能和牢固度上得到進一步強化，其外觀和行為方式在太空研究機器人中最為常見。

美國宇航局NASA紡織設計師也因此應運而生，他們努力將機器人技術和服裝結合起來，希望設計出機器人手套。手套指尖實際上就是傳感器，可將手指固定到工具或設備上，再按壓即可松開。手套的厚度具有保護功能，可提供肌肉支撐同時又不降低靈活性。NASA的設計師將此描述為“像在給手提供動力轉向”。

將傳感器和執(zhí)行器結合可使可穿戴技術更加智能化，機器人手套就是其中一種。但在將其提升到機器人水平時，業(yè)界的預期和方法也轉而投向更高水平的物理支持，因此這對紡織品的設計提出了更高的要求。

軍事領域

美國軍方需要能像人一樣的機器人，因此他們的創(chuàng)新技術主要體現(xiàn)在如人體的框架骨骼上，幾年來的研發(fā)不斷推出新成果，比如載重機器人（HULC）可創(chuàng)新減輕穿戴者，他們在劇烈壓力條件下能穿越崎嶇地形，克服肌肉緊張情況。不過，受傷士兵的治療也是一個研究領域。

美國匹茲堡大學醫(yī)學院（University of Pittsburgh School of Medicine）為此專門創(chuàng)建了一個多學科團隊，研發(fā)背包式創(chuàng)傷護理（TRACIR）技術。他們將機器人技術與人工智能（AI）結合，研發(fā)出具有嵌入式傳感器、軟硬結合的機器人套裝，傳感器放置到體內以便對患者的受傷情況進行評估。此外，AI算法還有助于指導重癥護理并應用穩(wěn)定的治療方法，如靜脈輸液和某些藥物等。

此外，美國皮特軍事醫(yī)學研究中心（Pitt’s Centre for Military Medicine Research）表示，花費達310萬美元的智能變形物尤其有利于邊遠戰(zhàn)斗區(qū)域，因為出現(xiàn)緊急情況時那里的士兵不易撤離，這類機器人提供幫助，發(fā)揮極大的作用。他們正通過融合多個傳感器中獲取的數(shù)據(jù)及使用機器人學習的方式，希望有更多預測性心肺復蘇機會，有望保存受傷士兵的力量。

醫(yī)學領域

哈佛大學威斯生物啟發(fā)工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）近年來為人類做出的重要貢獻是，讓軟機器人開創(chuàng)出更廣的領域。他們同哈佛大學工程與應用科學學院（SEAS）合作，促成了多關節(jié)軟護套的研發(fā)。同時，通過運用機器學習算法，有效地將各個軟式可穿戴護套的控制策略個性化。

他們受折紙啟發(fā)設計出一種柔軟而結實的人造肌肉，它能舉起自身數(shù)千倍的重量。他們使用彈出式微機電系統(tǒng)（Pop-Up Mems）創(chuàng)造出一種內窺鏡手術中使用的小型柔性混合傳感器，它由4層激光加工不銹鋼構成，中間夾有一層柔性聚合物，層壓后可與銅自動組裝，從而創(chuàng)造了導電性能。

在制作過程中可看到材料在超聲波池內攪動，2D材料通過僅有2.7毫米的集成彈簧“彈出”到3D傳感器中。這種軟硬層的混合恰似鮑魚殼，這是紡織技術人員受仿生學啟發(fā)，一直期待模仿的東西。

機器人皮膚

幾十年前，人造皮膚專注于在外觀上復制人類皮膚。這種皮膚常由聚氨酯制成，用作機器人或假肢的惰性美學覆蓋物。如今，正如e-紡織尋求電子和紡織品之間形成更大的集成，機器人專家也在尋找機器人和皮膚一體化的方法。

針對這一點，德國德累斯頓離子束物理和材料研究所（Institute of Ion Beam Physics and Materials Research in Dresden）研發(fā)出一種兩用電子皮膚。它能使用磁微機電系統(tǒng)（m-MEMS），同時又能處理接觸式和非接觸式刺激，它還具有區(qū)分不同刺激類型的能力，可望增強更多功能（AR）并為醫(yī)學領域提供新的作用，讓虛擬或強化的現(xiàn)實感更直觀且自然產(chǎn)生互動。在《自然機器智能》雜志發(fā)表的一篇論文中，美國南加州大學研究人員指出軟機器人技術和多感官抽象具有新發(fā)展?jié)摿?，這將進一步開拓機器智能的新領域，并在其中展示出情感對等特性，提供調查意識、智能和感覺過程。

紡織和服裝行業(yè)希望有更高級的紡織和智能化的功能，機器人技術帶來的這些發(fā)展正恰逢其時地順應了紡織科技的需要：對新觀念和產(chǎn)品研發(fā)保持開放的態(tài)度對任何一方都有利，正因如此，紡織工業(yè)才最具有創(chuàng)新發(fā)展的潛力，當然這還需要向其他行業(yè)吸取很多很多有益的內容。

（據(jù)美國紡織創(chuàng)新網(wǎng)https：//www.innovationintextiles.com/textiles-assume-greater-role-in-soft-robots/近期資料）