软体机器人由精细、柔韧且栩栩如生的材料制成，具有改进笨重、金属机身的前代产品的潜力。这种机器可以更灵活地探索其他行星，温和地从海洋深处采集生物，甚至可以为外科医生提供帮助。但是，顽固的设计挑战长期以来阻碍了它们走出实验室并进入我们的生活。现在，新一代软体机器人正在导航、生长和自我修复，以满足研究人员的崇高期望。
柔性材料使机器人能够变形以适应不断变化的环境，例如狭窄的隧道。软体机器人还可以处理脆弱的材料，例如人体器官或易碎的岩石，而不会压碎它们。甚至一些主要为刚性机身的机器人，包括波士顿动力公司制造的著名的敏捷步行者，也结合了软性部件以实现更好的运动。软体机器人领域的许多发展都受到生物体特征的启发，例如章鱼的柔韧性或水母的高含水量。新的设计寻求一些更无形的东西：类似动物的独立性。
“机器人社区一直在持续关注自主化的科学和工程，”麻省理工学院机器人专家和计算机科学家丹妮拉·鲁斯说。“我们在软体组件以及算法控制方面取得了进展……我们现在正在利用这些进步来制造功能越来越强大和更独立的自主软体机器人。”
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当独立探索危险区域时，软体机器人比刚性机器更容易被切割和刺穿。一个研究小组受到人类皮肤的自愈特性的启发，最近创造了一种实验性机器人，它可以从小伤口中恢复过来。该团队在科学进展中描述了他们的研究发现。
康奈尔大学工程师、研究合著者罗伯特·谢泼德说：“如果我们如愿以偿，实现能够长时间运行并执行灵巧任务的机器人，那么许多机会将为我们敞开。” “一个明显的例子是太空探索——也许是在月球上建造研究栖息地，甚至是勘测木卫二的海洋。在这些偏远的操作环境中，机器人会积累损坏，并且可能没有人可以修理它们。”
谢泼德和他的团队设计了一种软体机器人，它不仅可以修复损坏，而且无需被告知何时这样做。利用光纤传感器，机器人可以检测到其材料何时被刺穿。然后，它使用一种称为聚氨酯脲弹性体的超弹性材料来快速愈合伤口。该机器人还被编程为在损坏后朝新的方向移动——理想情况下是为了逃避造成损坏的原因。后期的工作可能会将这些修复扩展到更大的缺失块和孔洞。
另一个团队创造了一种像植物或真菌一样“生长”的软体机器人，用于去年发表在美国国家科学院院刊上的一项研究。生长型机器人可以钻入地下或在其他行星上铺设新的基础设施。但是，为了生长，软体机器人通常必须将材料拖在身后，并使用它来 3D 打印新的结构。明尼苏达大学工程师兼材料科学家、研究合著者克里斯·埃里森说，这会像一个人拖着花园软管一样阻碍机器人的工作。“如果你拖着你的花园软管，然后你绕着一棵树转弯，软管上的力就会增加，”他说。并且每次弯曲都会呈指数级增长。
研究人员转向植物寻求解决方案。“它们不是通过拖动更多的根在身后来延伸它们的根，”埃里森说。“它们输送液体，然后它们将这些液体转化为固体，而这最终就是构建结构的方式。”他的团队的新型机器人使用光来固化液体，同时将其从一个小孔中喷出以形成管子，该管子从其发射点延伸到它需要到达的任何地方。机器人可以控制管子在生长时的形状，从而可以在不遇到花园软管问题的情况下导航复杂的路径。埃里森补充说，机器人有一天可能会使用这项技术顺利地检查地下管道或穿过人体进行医疗应用。
工程师们还在改进软体机器人的传感和运动能力方面取得了重大进展，这将有助于在偏远环境中部署。例如，鲁斯的小组最近制造了一种机器，其身体各处都有充气通道网络。它可以测量这些通道内的压力变化，以确定其身体部位在空间中的位置，类似于人类的本体感觉。其他小组已经试验了各种类型的传感器、人造肌肉和机器学习，以创造更平滑的运动和精确的感知。
构建能够独立工作、自我修复和生长的软体机器人可能会改变人类生活的许多领域。“软体机器人手正在开启制造业的新时代，”鲁斯说。苏黎世联邦理工学院机器人专家罗伯特·卡茨施曼指出，如果灵巧的机器人拥有类似于人类的手，可以使用我们使用的相同工具，那么它们可以更容易地适应工厂环境，他没有参与上述研究。
软体机器人也可以在医院找到用武之地。机器人可以与护士和医生一起工作，在手术期间帮助轻柔而安全地固定器官。“帮助之手可以降低医疗成本，”卡茨施曼说，“这样你就不需要在手术室里有 10 个人。一两个人就可以完成。”埃里森的团队表示，他们的机器人有一天可以穿过组织生长并寻找癌性肿瘤，有可能完全取代危险的手术。
“我认为软体机器人是人工机器前所未有的耐力和敏捷性的途径，”谢泼德说。凭借增强的传感和运动技能、强大的组成以及新发现的独立性，这些柔性机器的未来看起来很稳固。