以柔克刚：软体机器人的柔性革命与无限可能

原创 | 文 BFT机器人 

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你知道什么是软体机器人吗？真的是表面所理解的那样，这个“机器人是软的？”。当然不是啦！那下面小编将带你具体解读一下软体机器人的来源与发展。

软体机器人是一类由软体驱动材料构成的新型仿生连续体机器人。相对于传统的刚体机器人，软体机器人具有结构柔软度高，环境适应性好，亲和性强，功能多样，可以大幅度改变身体形状等特点，在非结构化环境中有着广阔的研究和应用前景。

那为什么叫做“软体机器人”？

我们可以以制作材料来理解和判定。工厂中使用高强度的金属和合金为主体的机械我们定义为“刚性机器人”的话，那与之相对应的,如果用硅胶、橡胶等低杨氏模量材料作为主体制备而成的机器人就可以定义为“软体机器人”。

还有可以定义为“软体机器人/软体设备是一类可主动与环境进行互动，并能够依靠内在或结构的柔性来经受“大幅度”变形的机器人。”

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软体机器人PK传统机器人

软体机器人与传统机器人到底谁更强？这两者又有何区别呢？

软体机器人与传统机器人的区别在于其材料和结构的差异，传统机器人主要采用刚性材料和结构，而软体机器人则采用柔性材料和结构。

软体机器人的材料是软性材料，如水凝胶或人体脂肪，而传统机器人的材料是刚性材料，如金属。软体机器人的结构也更加柔软，可以适应各种环境和任务需求，而传统机器人的结构相对较为僵硬。

传统机器人具有结构性强、定位精准、载重能力强和维护方便等优势，而软体机器人则具有柔软结构、安全性高、动作灵活和适应性强等优势。这两者各有优势，那软体机器人比传统机器人优胜在哪里呢？

软体机器人相比传统机器人具有以下优势：

适应性强：软体机器人可以适应各种环境，包括狭小空间和非结构化环境，能够完成复杂的任务。

安全性高：软体机器人受到外界冲击时不会产生大的伤害，减少了对周围环境和人员的潜在风险。

成本较低：软体机器人的材料可以通过3D打印等方式生产，成本相对较低。

总体来说，传统机器人和软体机器人在设计和功能上都有其优势和局限性，选择哪种机器人取决于具体应用场景和需求。在需要高精度重载和刚性结构的情况下，传统机器人可能更合适；而在需要柔软结构、高安全性、灵活动作和环境适应性时，软体机器人则具有优势。

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软体机器人的组织架构

软体机器人发展至今，主要的结构类型可以分为四类：静水骨骼型、肌肉型静水骨骼型、气动运动链以及蠕动跳跃机器人。

静水骨骼型是指软体机器人的主要结构由表皮、肌肉、体液和神经系统组成，没有刚性骨骼。其中，典型的静水骨骼结构是仿毛虫软体机器人和Blob bot。它们的肌肉构成封闭腔，内部充满体液，形成静水骨骼结构。

肌肉型静水骨骼型是静水骨骼结构中的一种，由相互对抗的横肌和纵肌组成。当横肌收缩时，身体向纵向伸展；当纵肌收缩时，身体向横向伸展，体积始终保持不变。动物的舌头、大象鼻子、章鱼触手等都是肌肉型静水骨骼结构。

气动运动链软体机器人采用气动驱动方式，通过控制气压来驱动机器人的运动。它由多个气动腔室和连杆组成，通过改变气腔的充气状态和连杆的连接方式，实现机器人的运动和形状变化。

蠕动跳跃机器人是一种仿生机器人，其结构模仿了蠕虫的运动方式，它由多个连续的软体环节组成，通过控制环节的收缩和伸展运动来实现机器人的蠕动跳跃。

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软体机器人的应用领域

随着软体机器人技术的不断完善，其应用领域也越发的广泛。根据使用场景，可以将软体机器人的应用领域分为以下三类主要领域：

生产领域：软体机器人在生产领域中有广泛的应用。它们可以被用于完成一些传统刚性机器人无法完成的任务，如在狭小空间中进行灵活的操控、处理不规则形状的物体等。

软体机器人的柔软性和变形能力使其能够适应不同的工作环境和工作对象，从而提高生产效率和灵活性。

生活领域：软体机器人在生活领域中也有一些应用。例如，它们可以被用作辅助设备，帮助老年人进行日常生活活动，如搬运物品、协助行走等。

此外，软体机器人还可以应用于医疗领域，用于进行外科手术、康复治疗等。软体机器人的柔软性和可变形性使其能够更好地适应人体结构和需求。

研究领域：软体机器人在研究领域中也有广泛的应用。研究人员可以利用软体机器人来研究生物学中的柔软结构和动物运动原理，从而深入了解自然界的机制。

软体机器人的驱动方式也是研究的重要课题，如物理驱动、流体驱动和电活性聚合材料驱动等。通过研究软体机器人，可以推动该领域的快速发展。

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软体机器人的发展前景

随着科技的不断进步和应用的拓展，软体机器人的技术也在不断创新和发展。柔性材料的开发、智能控制系统的设计、机器人的感知技术等关键技术的不断创新和发展，为软体机器人的应用场景提供了更多的可能性。同时软体机器人技术的不断发展也将带动相关领域的技术创新和发展。

随着人们对机器人技术的需求不断增加，软体机器人的市场需求也将持续增长。在医疗、教育、军事、航天等领域，对软体机器人的需求量将会越来越大。同时，随着人们对生活质量的要求不断提高，对家庭服务、商业服务等领域的需求也将不断增加，这将进一步推动软体机器人的市场需求增长。

软体机器人的发展前景非常广阔，根据第三方机构的测算，软体机器人带来的全球市场规模预计达到8.7万亿美元（约合人民币56万亿元）。目前全球工业界只解决了3%至4%的规则、刚性物品的自动化生产搬运问题，软体机器人在此领域有很大的应用潜力。

据恒州博智机器人研究中心的数据显示，中国软体机器人市场规模在过去五年里增长迅速，从2015年的一千五百万美元增长到2019年的七千九百万美元，年复合增长率高达51.64%。预计未来六年，中国软体机器人市场将保持这一增长态势，市场规模预计将增长至17亿美元。

总结：

软体机器人作为机器人领域的新兴分支，正以其独特的柔性和变形能力，展现出广阔的发展前景和应用潜力。它将在工业自动化、医疗康复、人机交互等领域发挥重要作用，为人类生活和工作带来革命性的改变。

随着科技的不断进步和创新，软体机器人将不断突破技术瓶颈，实现更高的智能化和自主化水平，我们期待着软体机器人的飞速发展，为人类创造更加便利、安全和舒适的未来。

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