机器鱼和充气触手：麻省理工学院如何利用软机器人解决难题

为了不埋没领先优势，麻省理工学院正在开发充气机器人触手，这种无马达肢体能够响应有针对性的空气爆发而弯曲和抓握。但这些波浪形部件的灵感来自鱼。这是更适合作为入门机器人的灵感来源。

就机器人而言，麻省理工学院的新型自主鱼机器人相对来说比较简陋，功能单一。它设计成可以弯曲，配有灵活的硅橡胶尾巴，使用二氧化碳为其扭动和拍打提供动力。每次释放气体都会使尾巴的一半膨胀，使其弯曲。通过交替向右充气，机器鱼会游动。这是一种巧妙的运动方式，但不是机器的真正专长——每次移动都会耗油，机载二氧化碳罐不够大，无法持续长距离游泳。这款机器人之所以有趣，是因为它的身体很柔软，可以在紧急情况下发挥作用。

真正的生物鱼可以执行所谓的逃跑动作，即为了摆脱追捕者而做出的极快转弯。麻省理工学院的机器鱼也能做到同样的事情，利用强大的二氧化碳爆发迅速将身体甩向一侧，在大约 100 毫秒内转动多达 100 度。对于任何类型的机器人来说，这都是一项高性能动作，也进一步证明了柔软的重要性。

软机器人的既定优势很容易猜到。iRobot 和广岛大学的研究人员展示了可以四处移动的机器，它们可以以真正令人不安的方式变形，通过狭窄的开口，或者使用最少的传感和控制算法。换句话说，与坚硬且边缘锋利的机器人相比，柔软的机器人可以更少地遇到障碍和绊倒。柔软的另一个明显好处是安全性——柔软的机器人可能会撞到物体或人而不会造成伤害。

麻省理工学院的机器鱼所展示的东西不那么明显：柔软可以提高性能。刚性系统也许能够实现与鱼机器人逃生动作类似的动作，但它需要更复杂的机械结构，可能还需要螺旋桨的帮助。通过沿其整个长度变形（不是直角弯曲，而是整个柔软结构），柔性尾部可以优化其水下枢转。它移动速度快，动力足，无需依赖快速、强大的马达。

麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室主任丹妮拉·鲁斯希望今年夏天在开放水域测试这种鱼，最好是在珊瑚礁环境中，这样机器的灵活性可以成为一种优势。“我们想看看在复杂的环境中能获得什么样的新信息，”鲁斯说。这种鱼也许可以观察真正的鱼群，而不会打扰或惊动它们。类似的系统还有其他更明显的商业应用。“如果你谈论的是管道检查，那么就可以进入管道内部，也可以进入管道外部，”麻省理工学院研究生兼鱼机器人论文的主要作者安德鲁·马尔凯塞说。“有了像鱼一样的运动，你就不会受到传统螺旋桨的限制。所以你可以在油中或某种粘度的介质中游泳。”

但无论它在石油或水中最终会发挥什么作用，鱼尾在陆地上的前景都更加光明。除了开发鱼机器人，马尔凯塞和麻省理工学院团队的其他成员还在研究一种软体机械臂，其连接部分与柔性尾巴非常相似，并且也会在充气和放气时弯曲。与鱼机器人一样，这种触手的制造比标准的电机驱动机器人容易得多，只需将橡胶倒入 3D 打印模具中即可。“我们不会花时间安装螺钉和螺栓，也不会进行精密加工，”马尔凯塞说。“一旦你的设计稳定，有了模具，你就可以铸造这些机器人了。”

有关充气触手的全部细节要等到 5 月才能公布，相关论文也要等到发表。尽管最初的设备相对简单，在两个维度上弯曲，但这种方法对于创造与人类一起工作的软机器人来说可能是不可或缺的，它放弃了马达，但性能却没有受到影响。“Baxter 拥有使其安全的软件机制，”Marchese 说，他指的是 Rethink Robotics 的人形机器人，以及它在人类接近时冻结的能力。“我们的设计本身就具有安全性。”

还有一种可能性，即充气高性能触手。这些触手附在同样轻巧柔软的机器人身上，可用于移动整个系统以及操纵物体。“你可以制作一只章鱼，”拉斯说。