靈活軟式機器人的巨大潛力

為速度和精密而設計的硬式機器人通常使用的方式很有限。 生物醫學工程師賈德 · 葛波尼分享「軟式機器人」的最新發展。這個新興的領域旨在創造模仿自然界的靈活機器，像是機器章魚。 來了解這些靈活的結構如何在外科、醫學和日常生活中起關鍵的作用。

機器人，

能夠編寫程式以最少出錯的次數

讓機器人完成數百萬次相同的任務，

但對我們人類來說相當困難，對吧？

看它們工作，可能令人印象很深刻。

看它們。

我可以連看幾個小時。

不是嗎？

不太令人印象深刻的是

如果這些機器人到了工廠外，

和這裡全然已知和測量過的
環境不一樣，

即使做個簡單、無須太精密的任務，

可能會這樣。

我是說，開一扇門無須太精密。

（笑聲）

或者測量中的一個小錯誤，

使它錯過了閥門，就這樣，完了。

（笑聲）

大多數時候沒有辦法恢復。

為什麼呢？

多年來，

機器人的設計強調速度和精密度，

轉化成為非常具體的架構。

如果拿一隻機器手臂，

用的是一套很明確的剛性鏈接

和被稱為執行器的機電，

移動關節周圍的鏈接。

在這機器人結構裡

周圍的環境必須被完美地測量，

周圍有什麼，

也必須完美地編寫

每個機器人關節動作的指令，

因為一個小錯誤可能會
導致非常大的錯誤，

可能損毀東西；

或者，如果那東西比較硬，
就會損毀機器人。

讓我們來談一會兒，

不要考慮這些機器人的腦

或它的程式寫得多仔細，

而是看它們的身體。

身體顯然有點不對勁，

因為使機器人精確和強大的因素

也使它們在現實世界中
危險和沒效率，

因為它們的身體不能變形，

也無法更適應
與真實世界的相互作用。

因此反向思考，

比周圍的其他事物更柔軟。

也許你認為柔軟就辦不了事。

或許吧。

然而，大自然告訴我們的恰恰相反。

例如，在海底，

在數千磅的靜水壓力下，

完全柔軟的動物能移動，

也能與比牠硬的物體相互作用。

牠帶著這個椰子殼走來走去，

牠的觸手靈活，

既是腳，也是手。

很顯然，章魚能開罐。

令人印象深刻，對吧？

但顯然，牠辦得到不僅由於腦，

也由於身體。

這是個明顯，也許最明顯

展現智能的例子，

一種生物具有的智能。

我們都有。

我們的身體、形狀、材質和結構，

在做動作時起至關重要的作用；

因為我們符合環境，

因此能在各種情況下成功，

無需提前計劃或計算。

那為什麼不把這些展現的身體智能

放入機器人，

讓它們擺脫

過度依賴計算和感知的工作呢？

為了做到這一點，
我們可以遵循自然的戰略；

因為演化過程中的機器

與環境的交互作用設計得非常好。

容易注意到大自然常用軟質的材料，

很少用堅硬的材料。

這就是在「軟式機器人」

這個新的機器人技術領域裡做的。

主要的目標不是製造超精密的機器，

因為我們已經有了；

而是要讓機器人能夠面對
現實世界中的意外情況，

能夠走出去。

要讓機器人柔軟
先要讓的它的身體柔順，

用可承受大變形的材料或結構構成，

不用剛性的連接。

其次，用分佈式驅動來移動它們，

必須不斷地控制
這種變形身體的形狀，

這種變形身體
有很多連接和關節的效果，

但沒有任何僵硬的結構。

可以想像建造軟式機器人
是個非常不一樣的過程，

不是用鏈接、齒輪、
螺絲的僵硬機器人，

必須以一種非常明確的方式結合。

做軟式機器人

大多時候只需從頭開始建造執行器，

但是將柔性的材料

塑造成會回應特定輸入的形式。

例如在這裡，

如果用剛性的鏈接和關節，

結構將會相當複雜；

而（軟式結構）這裡只需一個輸入，

例如氣壓。

讓我們看一些軟式機器人的酷例子。

這裡有個哈佛大學開發的
可愛的小伙子，

由身體上施加的壓力波而行走；

並且靈活到可以在低矮的橋下潛行，

一直走，

一直走，然後有些不同。

這是個極為初步的原型，

還有個配有電源板的進階版，

能實際在現實世界面對面交流，

例如汽車開過它的身旁，

它繼續向前走。

它真可愛。

（笑聲）

還有機器魚，像真魚一樣游在水中，

只因它有柔軟的尾巴，

用靜止空氣壓來分佈式驅動它。

是麻省理工學院做的。

當然，我們還有機器章魚。

實際上是軟式機器人
這新領域開發的第一批專案之一。

這裡看得到人造的觸手，

實際上他們造了
帶有幾隻觸手的整個機器，

可以把它扔進水中，

它可以四處走動，

以不同於硬式機器人的
方式在水裡探索，

這對珊瑚礁等微妙環境非常重要。

讓我們回到地面。

這裡看得到史丹佛大學的同事

正開發的機器人的圖。

相機固定在頂部。

這機器人很特別，

因為用氣壓，它向上長，

而身體的其餘部分
維持與環境的緊密接觸。

它的靈感來自於植物，不是動物，

植物以類似的方式生長，

因此能面對各式各樣的狀況。

我是生物醫學工程師，

我最喜歡醫學領域的應用，

難以想像還有更為緊密的
與人體的相互作用，

除非實際進入人體的內部，

例如，執行微創手術。

在此機器人能對外科醫師很有幫助，

因為醫師們必須使用小孔
和直的器械進入人體，

這些器械必須在很不確定的環境中

與非常微妙的結構相互作用，

且必須安全地進行。

將相機帶入身體內部，

將外科醫師的眼睛帶入手術區域

如果用剛性棒可能極具挑戰，

像傳統的內視鏡之類的。

我與以前在歐洲的研究小組一起

開發這款手術用的軟式照相機器人，

與傳統的內視鏡很不同，它能移動，

這要歸功於模塊的靈活性，

可以向各個方向彎曲或伸長。

實際上，外科醫師用這種方法

從不同的角度
觀察其他儀器進行的操作，

無須分心去在乎觸及了什麼。

在這裡看得到軟式機器人在行動，

它進入體內，

這是一具模擬的人體，
不是真正的人體。

它四處走動。

有個燈，

因為體內通常沒亮光。

最好沒有。

（笑聲）

但有時候，甚至可以
用單針完成外科手術，

我們現今在史丹佛大學
研究一種非常靈活的針頭，

它是一種非常小巧的軟式機器人，

被設計來與組織相互作用，

在堅實的器官內轉來轉去，

所以通過單個插入孔

就能到達實體器官深處的腫瘤

或許多不同目標。

甚至還可以繞過

避開到達目標前的其他結構。

顯然對於機器人來說
這是個非常來勁的時刻。

有了軟式結構的機器人，

給機器人業界帶來新的、
極具挑戰性的問題，

而我們實際上才剛剛
開始學習如何控制，

如何將傳感器放在這些
非常靈活的結構上。

但是當然我們還離自然界

數百萬年演變過程中的
發現還遠得很。

但有一點我很肯定：

機器人會更柔軟、更安全，

它們能幫人的還多著呢。

謝謝。

（掌聲）