什么是以柔軟性和順應(yīng)性為優(yōu)勢(shì)的“軟體機(jī)器人科技”？

什么是不同于以往機(jī)器人科技的“軟體機(jī)器人科技”？

說到機(jī)器人，通常聯(lián)想到的是代表性的工業(yè)用機(jī)器人那種硬質(zhì)、強(qiáng)勁有力、準(zhǔn)確且能快速驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人。例如能對(duì)汽車車身和建材的目標(biāo)部位連續(xù)進(jìn)行嚴(yán)酷的焊接作業(yè)，或使用高功率激光切割金屬等硬質(zhì)材料，亦或是揀選重型材料和部件的機(jī)器人等。

此外，檢測(cè)到與人的微小接觸后就會(huì)自動(dòng)停止等之類的能夠放在操作人員身邊安全使用的協(xié)作機(jī)器人近年來也被廣泛用于制造現(xiàn)場(chǎng)。協(xié)作機(jī)器人可以按照指示或傳感，代替人去完成需要強(qiáng)大力矩和準(zhǔn)確性的作業(yè)，它們能夠克服人特有的不確定性，并彌補(bǔ)人無法擁有的力量和勞動(dòng)力。從這一點(diǎn)來看，協(xié)作機(jī)器人可以說是處于以往工業(yè)用機(jī)器人的延長(zhǎng)線上。

強(qiáng)勁有力且能準(zhǔn)確運(yùn)作的工業(yè)機(jī)器人示例

另一方面，“軟體機(jī)器人科技”的意思是指，由柔性材料制成并能夠完成柔韌性動(dòng)作的軟體機(jī)器人的技術(shù)。以往的機(jī)器人技術(shù)主要是力求彌補(bǔ)人所不具備的性質(zhì)，而軟體機(jī)器人科技所展現(xiàn)的設(shè)計(jì)觀念則與此不同。比方說也有很多軟體機(jī)器人是從自然界生物和人體構(gòu)造等方面獲取靈感以及模仿其動(dòng)作而設(shè)計(jì)的。

軟體機(jī)器人有各種各樣的類型，它們不僅能夠完成柔韌的動(dòng)作，同時(shí)還被稱之為“以特有的‘順應(yīng)性’為優(yōu)勢(shì)的機(jī)器人”。這種順應(yīng)性正是與以往機(jī)器人科技有著巨大差異的要素。軟體機(jī)器人不僅能揀選形狀不規(guī)則的工件以及完成靈活應(yīng)變的動(dòng)作，還能在狹窄復(fù)雜且形狀不規(guī)則的空間中進(jìn)行作業(yè)等。另外，還可以應(yīng)用在直接輔助人體這樣的用途上。因此不僅僅是制造現(xiàn)場(chǎng)，在眾多場(chǎng)面，人們正期待著活用軟體機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)高效化。

軟體機(jī)器人可靈活應(yīng)對(duì)形狀不規(guī)則的物品或易碎物品的示例

“軟體機(jī)器人科技”的驅(qū)動(dòng)方法、技術(shù)和用途

軟體機(jī)器人科技領(lǐng)域正針對(duì)各種目的和課題，以多種多樣的方法開展著機(jī)器人的研究開發(fā)。無論哪種方法，其解決方案都是將軟體機(jī)器人特有的柔韌性以及“順應(yīng)性”的要素加入到構(gòu)造和構(gòu)成材料中，這一點(diǎn)可以說是特色所在。

下面就來介紹一下軟體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法、技術(shù)、應(yīng)用實(shí)例。

用柔性材質(zhì)制成的軟體機(jī)械手

以往的機(jī)械手大多是用金屬等硬質(zhì)材料制成，所以具備力度方面的強(qiáng)勁性和工件尺寸上的高精度。另一方面，如果是用軟性較高的樹脂等制成，并且是通過氣壓來控制軟體機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方法，就可以用恰到好處的力度，去抓住裝在柔質(zhì)容器中的食品、薄玻璃杯、紙制容器等容易損壞的東西并進(jìn)行搬運(yùn)?；蛘咧挥靡环N機(jī)械手，就能抓住尺寸和形狀各式各樣的對(duì)象物。

另外還有一種開發(fā)而成的驅(qū)動(dòng)方法是，用柔性金屬絲將對(duì)象物圈起來，通過巧妙調(diào)節(jié)所圈范圍來直接揀選容易破碎的加工食品等對(duì)象物。

硬度和形狀能夠變化的夾具

除了柔性之外，還有一種只有一個(gè)夾具并能根據(jù)需要改變夾具的硬度和形狀的軟體機(jī)器人。例如，有一種將粉狀物體放入袋中制成的夾具，在含有一定程度的空氣時(shí)，夾具是柔軟的。如果抽去空氣，粉體之間的間隙消失，夾具就會(huì)變硬，固定成當(dāng)時(shí)的形狀。這種構(gòu)造被稱為阻塞（jamming）。如果將其作為機(jī)器人的夾具來使用，那么只用一臺(tái)機(jī)器人就能應(yīng)對(duì)作業(yè)所需的硬度和柔軟性，例如抓住復(fù)雜且不規(guī)則的物體，或按押對(duì)象物和按鈕等。在需要靈活性應(yīng)對(duì)的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)開展救助活動(dòng)等方面，安裝有這種阻塞構(gòu)造夾具的機(jī)器人的活用正備受期待。

模仿自然界生物的軟體機(jī)器人

檢驗(yàn)纖細(xì)管道內(nèi)部等、在人的手無法觸及的地方進(jìn)行作業(yè)時(shí)，使用能夠順應(yīng)檢驗(yàn)對(duì)象的軟體機(jī)器人就能有效提高作業(yè)效率。比方說，如果是模仿蚯蚓和蛇等生物的軟體機(jī)器人，那么即使是在形狀細(xì)小復(fù)雜的管道內(nèi)部，也可以自由進(jìn)入并對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行非破壞性的詳細(xì)檢驗(yàn)和檢查等。

另外還有人開發(fā)出一種模仿大象鼻子和章魚腳的軟體機(jī)器人，它們能夠完成至今為止多軸機(jī)器人無法完成的復(fù)雜且靈活的動(dòng)作。并且，還有一種軟體機(jī)器人安裝有照相機(jī)，即使是在潛水員無法進(jìn)入的錯(cuò)綜復(fù)雜的海里，它也能用模仿魚類的柔軟動(dòng)作，一邊游泳一邊進(jìn)行拍攝。這種軟體機(jī)器人目前正得到活用。另外在宇宙探索領(lǐng)域中，由于以往的地面探測(cè)器無法用于木星這類巨大氣體行星的衛(wèi)星探索，所以目前正在研究模仿烏賊的軟體機(jī)器人。

具有模仿肌肉構(gòu)造的軟體機(jī)器人

人體每條腿各有3個(gè)關(guān)節(jié)，但即使是6軸的機(jī)器人，也無法做到同樣靈活細(xì)膩的動(dòng)作。這是因?yàn)槿梭w為驅(qū)動(dòng)這3個(gè)關(guān)節(jié)，使用了多達(dá)50塊的肌肉。因此也有一種人工肌肉就是從這種解剖學(xué)式的觀點(diǎn)出發(fā)而開發(fā)的。人工肌肉是將多根外徑纖細(xì)、柔韌且伸縮性強(qiáng)的特殊材質(zhì)的金屬絲綁在一起，用氣壓進(jìn)行控制，使其像人體肌肉一樣活動(dòng)。在這樣的人工肌肉領(lǐng)域中，實(shí)證研究正以多樣化形態(tài)不斷向?qū)嵱没l(fā)展，它除了能應(yīng)用在獨(dú)立的軟體機(jī)器人方面以外，還能應(yīng)用在支持人體動(dòng)作和姿勢(shì)的福利護(hù)理用具上，以及纖維材料中采用了纖細(xì)人工肌肉的動(dòng)力服等方面。

電子所需要具備的靈活性和與軟體機(jī)器人的親和性

除了機(jī)器人科技領(lǐng)域，在電子領(lǐng)域中，使用柔性素材實(shí)現(xiàn)柔軟性且能彎曲能扭轉(zhuǎn)的電子設(shè)備——柔性電子（柔性電路）的需求也在不斷高漲。其理由是，IoT（物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備和可穿戴設(shè)備等的外形低高度化和高功能化，以及因此而產(chǎn)生的搭載部件的小型化和高密度化。除此之外，人們對(duì)殼體形狀和尺寸、可活動(dòng)部分的設(shè)計(jì)自由度以及提高這方面可用性的要求也越來越多。

在柔性電子中，具有代表性的可以說是“FPC（柔性電路板，F(xiàn)lexible Printed Circuits）”，這是在具有絕緣性且薄而柔軟的樹脂制的帶基薄膜上，層壓上銅箔等導(dǎo)電性金屬后形成電路的一種電路板。除此之外還有可在小型殼體的狹窄內(nèi)部彎曲且緊密搭載的電路板、可彎曲的LCD顯示器、OLED顯示器、薄膜電池（薄膜太陽能電池、弧形電池）等。此外，目前還出現(xiàn)了使用印刷電子技術(shù)的傳感器類等產(chǎn)品。印刷電子技術(shù)是將精致的圖形印刷在薄膜等上面，在能彎曲的材料上制成電路的一種電子技術(shù)。

折疊式智能手機(jī)之類的電子設(shè)備就是上述柔性電子的代表性用途。柔性電子作為不妨礙軟體機(jī)器人靈活動(dòng)作的重要設(shè)備，預(yù)計(jì)應(yīng)用實(shí)例也會(huì)越來越多。

另外，村田制作所一直以來也開發(fā)制造出了帶有軟引線且熱響應(yīng)性高的NTC熱敏電阻，以及用環(huán)保性的柔性材料制成的壓電薄膜傳感器等商品。

上述的柔性電子技術(shù)具備著在更接近人和社會(huì)的地方充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的潛力。另外，從其“柔軟、靈活、順應(yīng)性強(qiáng)”這些方面來看，柔性電子可以說是與軟體機(jī)器人科技具有高度親和性的一項(xiàng)技術(shù)。實(shí)際上也有在軟體機(jī)器人上使用柔性傳感器等的柔性電子設(shè)備的實(shí)例。因此，我們不難想象，未來將具備靈活性和柔軟性的“機(jī)器人科技”和“電子”這兩方面的技術(shù)與構(gòu)思完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高水準(zhǔn)的技術(shù)，就能讓軟體機(jī)器人在更廣泛的用途中得到活用。

審核編輯 黃宇