从上个世纪开始,随着工业化进程的加速,分工操作逐渐进入专业化模式,人们在重复的流水线工作中逐渐丧失了对工作的热情,被工业生产紧紧束缚。因此,人们开始寻找更自动化、自主化的机械设备来替代人力,从而催生了机器人的诞生。
此后,在大规模的替代行动中,机器人实现了快速发展,并借助人们的想象力和创造力,不断升级为智能化、多样化的产品。然而,长久以来,机器人大多呈现硬朗的“硬汉”形象。随着生产需求和生产环节的提升,人们期望看到机器人展现出“柔软”的一面。
以柔克刚,软体机器人成趋势
“硬”与“软”的选择是近年来才成为机器人设计中讨论的问题。随着机器人在工业领域的广泛应用,其应用场景和环节日益丰富,原有的刚性作业已经难以满足柔性化需求。无论是为了提升人机协作的安全性,还是适应新领域的需求,机器人必须兼具硬性和柔性。
自2011年起,一些痴迷于机器人设计与想象的人类开始致力于机器人“柔软化”的研发。他们从仿生学和机械工程中汲取灵感,并利用3D打印技术和智能材料,最终成功开发出软体机器人。
据了解,软体机器人是一种柔性机器人,其最大的特点是采用柔性材料而非传统的刚性外壳。这一特性使得软体机器人能够更好地适应各种环境,即便受到外界冲击也不易受损,并能在狭小、非结构化的环境中完成复杂任务。
因此,可以说软体机器人的研究是对现有刚性机器人的一种补充,是对实际生产需求的一种回应,是机器人应用场景拓展和深化的基础,也是未来机器人产业发展的重要趋势之一。
用途广泛,两大领域为发力点
目前,在3D打印和智能材料等技术快速发展的背景下,软体机器人的研发取得了显著进展,一些大学如哈佛等推出了多种仿生软体机器人。相较于传统机器人,软体机器人似乎拥有“七十二变”的能力,能够满足不同领域的应用需求。
然而,根据现有软体机器人的应用情况,军事和医疗领域依然是主要的应用方向。在军事应用中,软体机器人的“以柔克刚”特性使其具备良好的抗打击能力,增强了军事应用的生存率。此外,由于缺乏电子元件和金属刚性材料,软体机器人能够有效避开各类电磁设备的侦察,适用于侦察和突袭任务。
在医疗领域,软体机器人的硬度和柔软度与人类皮肤、肌肉相近,这使得它们在穿戴性和皮肤亲和性方面优于传统机器人,可以作为假肢、人造外骨骼等医疗材料使用,或者作为医疗模拟工具,帮助了解肌肉运动。
尤其在微创手术中,软体机器人表现出色。它们既可以作为手术操刀手,通过柔性精准控制消除传统手术的不稳定性,也可以作为辅助工具,直接进入人体内部协助医生进行手术。
商业化前景,未来市场壁垒何在
尽管软体机器人作为新兴事物,其研发热度不断上升,未来发展潜力巨大,但在市场化应用过程中仍面临不少挑战。
首先,虽然软体机器人能够实现自由无限制的运动,但需要大量传感器的支持,并依赖特殊的驱动方式。传感器和驱动技术的发展是否足够支持这一需求尚不确定,且传感器和制动器的数量问题也可能影响实际操作中的实时性和反应速度。
其次,虽然软体机器人在军事和医疗领域的应用前景广阔,但新材料和生产成本高昂,增加了普及难度。若要实现商业上的可行性应用,需在技术普及和产品价格方面作出努力。
最后,软体机器人在技术层面还存在一些问题,例如缺乏转向能力、控制系统不够完善等。在续航能力方面,软体机器人自带燃料有限,运动时间较短。此外,在平衡性、承载能力和可靠性等方面也存在许多亟待解决的问题。
综上所述,现阶段谈软体机器人的规模化发展还为时过早,解决自身技术壁垒、探索商业化路径才是当务之急。随着我国制造业水平不断提高,软体机器人只要循序渐进、稳步突破,未来一定能在机器人产业中占据重要位置。