撰文 | Taylor Kubota
翻译 | 刘彬
设想这样一个场景，救援人员在倒塌的建筑物中进行救援。 他们既不用在废墟里进行挖掘，也不用搜救犬来寻找生命迹象，而是只用拿出一个小小的气瓶，然后将它放在废墟入口处，并打开开关。从圆柱体的一端就会伸出一根卷须，进入石块和泥土中，像一个快速生长的藤蔓，而顶端的摄像机可以让救援人员看到废墟下的情况。
这是斯坦福大学机械工程师为新型机器人提供的一种设想，详见6月19日科学机器人论文。 灵感来自一些能快速蔓延的自然生物 - 如葡萄藤、真菌和神经细胞。 研究人员已经论证了这种柔软的可生长的机器人，并且也通过了一些具有挑战性的测试。
“事实上，我们正在努力了解这种采用机制移动的新方法的基本原理，”机械工程学教授兼本文资深作者Allison Okamura解释说。 “这与动物或人们在世界各地遇到的情况有很大差异。”
为了检测他们的机器人有哪些功能，该小组制作了原型，并让机器人通过各种障碍，到达指定的目标，并成为一个独立的结构。研究人员说，这种机器人的适用范围很广，特别是在搜索、救援以及医疗设备领域。
会生长的机器人
这个机器人的设计原理其实很简单。 它由一个柔软的材料管折叠在一起，就像一个由内向外展开的袜子。这个样机由一种薄而便宜的塑料制成，当科学家将加压空气泵入固定端时，机器人机身旋转。在其他版本中，流体可以替代加压空气。
这个机器人设计非常实用的一点是，是由机器人的尖端而不是身体移动。
加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的访问助理教授，论文的主要作者艾略特·霍克斯（Elliot Hawkes）解释说：“这个机器的顶端可以进行拉长伸展，但身体的其余部分不会移动。“主体部分可能会被卡在岩石之间，由于顶端运用了新材料，机器人可以继续向前进行探测。”
小组成员设置了许多场景模拟，来检测用这种方法使机器人从一端到另一端的技术优势。机器人穿过捕蝇纸、粘胶和指甲等障碍物，并在冰墙上放置一个传感器，这可能潜在地感知被困的幸存者产生的二氧化碳。即使被钉子刺破，而且被穿刺的区域没能继续移动（在钉子的顶部自我密封），它还是成功地完成任务。
在其他测试中，机器人抬起了一个100公斤的箱子，在一个占有直径的百分之十的门口上伸展，并自动旋转，形成一个独立的结构，然后发出无线电信号。机器人还通过掉落的天花板下的空间，显示了它在未知障碍物中移动的能力，因为它可能需要在墙壁、道路或管道内进行类似操作。 此外，它在天花板上方生长时，可以将电缆穿过其身体，提供了一种在狭窄空间中布线的新方法。
复杂的环境
Okamura实验室的研究生Laura Blumenschein和文章的合著者说：“我们关注的是机器人在复杂的、不可预测的未知环境中的移动能力”，“如果你能在这些环境中放置一个机器人，而它在移动中不受障碍物的影响时，你就不必担心它在被探索时被破坏或卡住了。”
这些机器人的一些迭代包括一个控制系统，使身体膨胀，使机器人向左或向右转动。研究人员开发了一种软件系统，它基于从机器人末端的摄像机中获得的图像的方向决定。
软型机器人的主要优点是，它们比硬质刚性机器人更安全，不仅因为它们柔软，而且因为它们通常都是轻质的。这在机器人可能在与个人近距离移动的情况下发挥长处。 这种机器人的另一个优点是灵活性，可以根据复杂的路径随时调整。 然而，这也带来了一些挑战。
Okamura实验室的研究生Joey Greer和本文的合著者说，控制机器人需要精确的运动模型，这对于软型机器人来说很难建立。相比之下，刚性机器人更容易建模和控制，但在需要灵活性或安全性的许多情况下都是不可用的。此外，使用摄像机将机器人引导到目标是一个困难的问题，因为摄像机图像需要以一定的速度进行处理。需要进行大量的工作来设计运算速度快，生成结果准确的算法来控制软型机器人。
变大，变小
现在，科学家们手工制作了原型，并通过气动空气压力作为动力。在未来，研究人员希望创建一个自动化的版本。未来的版本也可以使用液体生长，这有助于把水送到被困在狭小空间里的人或在封闭的房间里扑灭火。他们也在探索新的、更硬的材料，如防撕裂尼龙和芳纶。
研究人员还希望将机器人的尺寸更大，更小，看看它的性能如何。 他们已经创建了一个1.8毫米的版本，相信小型成长机器人可以推进医疗程序。这种类型的软机器人可以代替一个通过身体的管子，在不拖拉精细结构的情况下生长。