果冻机器人变化自如

裘伟廷

传统机器人大多由活塞、齿轮和杠杆等部分组成，技术的发展让它们越来越能干：能走路或陪主人踢足球，能切菜、煎蛋，能下深海探测……但其坚硬的外壳难以适应环境的多变和复杂性。机器人新物种“果冻机器人”（也被称为“液体机器人”或“化学机器人”）的出现或可解决这一难题。

果冻机器人伸缩自如，能像章鱼一样挤入各种狭小空间，攀爬绳索或树木，甚至可以溜进人类的身体，消灭各种病毒。早在2000年，日本早稻田大学仿人机器人研究院就成立了果冻机器人实验室。传统机器人依赖的是机械系统，而果冻机器人依靠的是“自组织”化学信号，并创造自身内部控制和机械信号。

在早稻田大学实验室里，第一个会走路的机器人“芒果”正整装待发——它看起来晶莹剔透，如尺蠖般收缩、伸展，蠕动了第一步；身体颜色由深变浅，又一步。

“芒果”既没有骨头和关节，也没有齿轮或马达，完全颠覆了机器人的传统形象。它由能进行自组织反应的材料构成，这是一种可依据环境变化改变颜色的聚合物，外观像芒果，变色的过程实际是细微的化学反应。研究人员可通过控制外部环境操纵“芒果”的行程，直到它内部的化学反应结束。

就在“芒果”出生一个月后，超迷你果冻机器人“chobots”在布拉格诞生，这是一种微米大小的柔软机器人。chobots的革新在于通信方式，它不是基于无线电通讯，而是基于分子传输，与自然界中的“信息素”类似。

美国人对果冻机器人的制作要求很严格：机器人体积不应超过网球大小，能以每分钟25厘米的速度持续行进5米，可将自身尺寸减少90%，能穿过直径1厘米的缝隙并在15秒内恢复原状。此外，还应具有“感官知觉”，以便感知存在的障碍和自己的形状。

美国国防部高级研究计划局曾与塔夫茨大学签订了一份价值330万美元的合约，用以开发果冻机器人。来自动物神经学、软材料学、无线传输学等学科的科学家，共同完成了小至2克大至200克的果冻机器人模型。

ChemBot果冻机器人就是在该背景下产生的。它像一个不规则的球，靠改变外形实现移动。和“芒果”不一样，ChemBot利用“堵塞”原理，通过增加液体密度使液体变为固体。机器人内部有许多不同的“小房间”，随着小房间的充气和放气，机器人能一涨一缩地移动。

科学家称，果冻机器人的设计和制作，主要依赖于毛虫神经系统的精密性及二元共聚物的物质特性。一方面，模仿毛虫的灵活性、爬行能力及身体延展性等特点，完成机器人的内部构造；另一方面，采用人造软质材料，以及具有生物兼容及降解性的新型材料。

据预测，果冻机器人将极大扩展科学研究范围，进入各种复杂的环境进行探索，如监控和消灭水资源中的有毒物质；注进患者体内，代替医生对患者实施手术，手术完成后能自行在人体内分解消失；进入爆炸装置收集数据，并将其拆除等。