未来柔性感知机器人将替代传统工业机器人 “钢铁直男”如何变成“绕指柔”？

机器人将从大规模、标准化的产线走向小规模、非标准化的场景。预计未来五年，柔性感知机器人将逐步替代传统工业机器人，成为产线上的主力设备，并在服务机器人领域开始规模化应用。

趋势解读

机器人是技术的集大成者，在过去硬件、网络、人工智能、云计算的融合发展下，技术成熟度有了飞跃式地进展，机器人朝向多任务、自适应、协同化的路线发展。

柔性机器人是重要的突破代表，具有柔软灵活、可编程、可伸缩等特征，结合柔性电子、力感知与控制等技术，可适应多种工作环境，并在不同任务中进行调节。近年柔性机器人结合人工智能技术，使得机器人具备感知能力，提升了通用性与自主性，降低对预编程的依赖。

柔性感知机器人增加了对环境的感知能力(包含力、视觉、声音等)，对任务的迁移能力增强，不再像传统机器人需要穷举可能性，并且可执行依赖感知的任务(如医疗手术)，拓展机器人的适用场景。另一个优势是在任务中的自适应能力，面向突发变化能够及时反应，准确地完成任务并避免问题发生。

在工业机器人领域，柔性感知机器人的出现让机器人从大规模标准化走向小规模非标准化的产线，柔性感知机器人在任务间的转换能力强，同时智能化后降低了使用门槛。在疫情影响下招工难度不断提升，柔性感知机器人有望帮助补足用工缺口。

在服务机器人领域，柔性感知机器人极大改善人机交互的体验与安全性，通过感知人的行为，更柔软地产生反应，使得服务机器人可实现与人更自然地交互。

柔性感知机器人的另一个发展方向是可移动性，与AGV(自动导航机器)结合，可在更大范围中实现自主性与弹性，也为机器间与人机协作创造更多可能。

柔性感知机器人需要克服三大挑战：一是机器人领域的智能水平受制于端侧算力与小样本学习的有效性，有赖于云端协同的突破；二是柔性机器人的精度受制于材料的刚性，执行任务的准确性较低，有赖于可变材料的突破；三是柔性机器人的成本，有赖于工艺优化及通用化使得价格具备竞争力。

我们预测，未来五年内，柔性机器人将充分结合深度学习带来的智能感知能力，能面向广泛场景，逐步替代传统工业机器人，成为产线上的主力设备。同时在服务机器人领域实现商业化，在场景、体验、成本方面具备优势，开始规模化应用。

刚性机器人如何变得“温柔”？

随着科技的发展，软体机器人正慢慢成熟，未来的机器人也能像电影作品里一样变得“温柔”。

用“柔软的血肉”取代“钢筋铁骨”

想要把机器人变得“柔软”，首先要从材料上入手。

目前，绝大多数机器人都是基于金属制造的刚性结构，这一类机器人寿命长、比较稳定，制造门槛也越来越低。

但正如开头说得那样，自身的材料属性限制了刚性机器人的应用场景。

例如在深海、洞穴、高山等恶劣环境下，刚性机器人很难灵活适应特殊情况，在压力下材质就会变形；而在医院、工厂等场景下，刚性机器人很难最大程度发挥自身特点。

软体机器人的出现，本质是希望从材料上让机器人更加“柔和多变”，像人一样进行工作。

早期，软体机器人大多选择硅胶材质浇筑而成，在上世纪80年代末期，日本冈山大学软体机器人实验室成功研制一种硅胶机械手，该机械手利用气体压缩的原理进行机械驱动，可以进行简单的抓取操作，开创了柔性机器手的先河。

到了2011年，哈佛大学著名化学家George M. Whitesides（乔治·怀特塞兹）带领的研究小组从乌贼、海星以及其它无脊椎动物获得启发，研制了一种有四只“脚”的小型软体机器人，这种机器人可以像蠕虫一样在非常狭窄的空间里进行活动。这项发明结合了前几代软体机器人的特点，可以准确抓取各类产品。

这项发明，成功登上了当年的《科学》杂志，也基本奠定了软体机器人的发展路线。

此后，软体机器人的材料主要是在硅胶材质的基础上进行改进。例如意大利Biorotics团队就在硅胶材质的技术上加入了沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成了全新的SMA（Stone Matrix Asphalt）结构，增加了柔性触手的抓取力。

另外一些研究团队将聚乳酸、聚酯等材质运用在机器人上，从而延长寿命。

总之，柔性机器人的进步离不开新材料的发展，当前柔性可穿戴技术，同样可以看作柔性机器人发展的一个缩影。

如何让机器人动起来？

软体机器人另一个需要解决的难题，是如何将柔软的身体动起来。

在依靠材料搭建完基体之后，机器人还要依靠驱动器（执行器）来运作，但目前软体机器人的体内依然是刚性驱动器。这就导致如今的软体机器人更像是“披着硅胶的刚性机器人”。

如果想制作真正的“全软体机器人”，那么需要着手改进机器人的驱动器。

科学家们给出的解决方案很多，目前最主流的方法是依靠流体物理学的基本规则，给软体机器人创建执行器。

2016年，来自哈佛大学仿生机器人实验室Wehner团队自主研发的软体机器人Octobot成功登上《Nature》杂志，该机器人利用流体驱动的方式前行，动力全靠化学反应，全身上下没有一处刚性材料。

这种奇特的思路不同于以往的固体或是液体驱动，更符合软体机器人的特点。

就在近期，普林斯顿大学化学与生物工程系的团队再次将流体驱动的方式完善，创立一种“吹气球”似的泡泡铸造技术。

简单来说，就是在制造过程中，使用管状物或螺旋状物将空气泵入液态聚合物中。

通过控制相关因素，例如涂在模具上的弹性体的厚度、弹性体沉降到底部的速度、以及液态聚合物固化所需的时间等，从而控制机器人的动作。

虽然这种结构远远称不上机器人，但它给软体机器人的建造带来了新思路，完全可以取代刚性驱动器，并且其几乎0成本的锻造技术可以大大降低制造成本。