机器人必须是刚性金属自动化装置，通过轮子、履带甚至腿部移动，这种观念限制了设计师的想象力。所有这些杆、齿轮和马达的重量迅速增加，并且需要复杂的机械和电气控制系统，以便机器人能够处理精细物体或在不同类型的地形上导航。
包括哈佛大学化学家和材料科学家George Whitesides和Whitesides实验室的博士后研究员Robert Shepherd在内的一个研究团队，已经避开了这种受脊椎动物启发的途径，而倾向于更柔和的方式。Whitesides和他的同事们以更为灵活的无脊椎动物鱿鱼、海星和蠕虫为模型，在本周早些时候在《美国国家科学院院刊》在线报告中称，弹性聚合物和气动泵的结合为能够进行复杂运动的简单机器人提供了零件清单。
有多复杂？他们五厘米厚的四足机器人能够爬行和波动地穿过仅两厘米高的空间。（研究人员实际上进行了类似仰泳的动作，以引导他们的机器人穿过一块离地面两厘米高的玻璃板下方。）这款机器人看起来像一对在茎部连接的Y字形，使用软光刻技术分两层制成。软光刻是一种制造物体的方法，它使用图案化的弹性体作为印章、模具或掩模，而不是光刻技术中使用的更刚性的材料。
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这款柔性机器人展示的最重要的突破是，软材料可以为自然运动提供解决方案，而无需复杂的机械部件和组装。研究人员表示，这也证明了在为机器人和机器寻找灵感时，考虑简单动物的价值。
这款变形机器人的上层柔性层嵌入了一个气动通道系统，空气可以通过这些通道。下层由更刚硬的聚合物制成。研究人员将驱动层放置在应变限制/密封层上，并涂上一层薄薄的硅胶粘合剂。泵入上层不同阀门的空气导致它们膨胀并将机器人弯曲成不同的位置。例如，机器人可以抬起其四条腿中的任何一条，并保持其他三条腿着地以提供稳定性，具体取决于哪些通道被充气。
研究人员现在正在探索各种方法来设计和制造这种自主机器人。车载压缩空气瓶和微型压缩机是一种途径。“我们可能需要扩大机器人的尺寸以支撑它们的负载，”大众科学顾问委员会成员Whitesides说。“此外，我们目前的系绳式软机器人可以与硬机器人系统耦合，以将它们运送到某个位置并支撑离线气瓶和压缩机的负载。”
研究人员表示，在许多应用中，系绳不是缺点，而在其他应用中，系绳是理想的甚至必需的。“记住，大多数机器人——例如，制造中使用的机器人——都是固定在位的，”Whitesides说，并补充说，自主运动仅对某些任务是必需的。
研究人员承认，简单、廉价的机器人可能不会取代更昂贵的同类产品，但它们仍然可以有多种用途。机器人辅助矿山救援提供了一种可能性。在这些救援中，携带摄像头的机器人沿着窄直径的管道深入地下数百米以搜索幸存者。此类机器人目前主要由金属制成，并且经常在洞穴坍塌余震导致地面移动时被困在钻孔中。
这些“甘比”机器人的一个潜在缺点是，当在粗糙或尖锐的表面上移动时，更柔软和更柔韧的材料可能会破裂。尽管如此，研究人员表示，通过韧性和柔韧性的正确结合，他们可以开发出比其硬金属同类产品更便宜、更轻、能够制成大或小，并且操作更简单的机器人。
研究人员表示，材料（特别是聚合物）的进步将通过使软机器人能够在更高的压力范围内运行来影响其发展。“我们还希望弹性体具有韧性，即能够抵抗切割或穿刺造成的损坏，”Whitesides补充道。“软机器人领域将为聚合物科学家和材料科学家提供许多有趣的问题来研究。”
人工肌肉的进步同样有助于使这些柔性机器人更加紧凑，并提供更可重复的运动。“它还将使我们能够直接模仿手臂、触手或其他结构的一些非常复杂的设计，”Whitesides说。