軟體機器人是目前科學界一個新興的研究領域，雖然時間不長，但它們已經有了自己的代言人——《超能陸戰隊》中的大白。相比于剛性機器人，軟體機器人理論上具有無限多自由度，有著靈活彎曲、扭轉，能更好地適應各種環境，成本低等優點，因而擁有巨大的市場空間。
目前，世界上已形成幾類軟體機器人研發：例如氣動式軟體機器人，可以實現抓握或爬行；還有形狀記憶的材料制成的機器人，通過溫度或者光照變化產生驅動力，此外，科學家還在進行肌肉細胞作為軟體機器人材料的方法，其中一部分已走向產業應用。同時，對“軟體機器人”的研究已成為機器人源頭技術競爭的一個戰略制高點。
就在前不久，美國北卡羅來納州立大學的研究者開發了幾類軟體機器人設備，這些軟體機器人的成功源自于其控制領域的重大進展。其中一項新技術使用磁場來遠程操控軟聚合物中的微粒鏈。
“通過將這些自組裝鏈嵌入軟體機器人，我們可以讓其在保有相對簡單設計的同時還可以進行復雜的活動任務。”北卡羅來納州立大學材料科學與工程學院副教授Joe Tracy 說道，“從遠程觸發藥物輸送泵到遠程可展開結構的發展都是這些設備的可能應用場景。”
通過使用這項技術，研究者開發了三款軟體機器人。其中一個是條懸臂，它可以提起最大超過自身 50 倍重量的物體。另一個是個手風琴狀，模仿肌肉的可伸縮設備。第三個是管狀設備，其設計目的是可以當做可蠕動泵：一個沿管子長度移動的扁長區域，這很像一個人沿著牙膏管道擠出其最后一點牙膏。
可以說全球范圍內，關于軟體機器人的研究都在火熱進行著，國內亦是如此。4月5日，浙江大學實驗室里的一條“魚”出現在著名大眾科學雜志《新科學家》上：全身柔軟無骨，能以每秒6厘米的速度不動聲色地暢游3小時，速度達到世界同類軟體機器人最快。
據介紹，這條機器魚身長9.3厘米，體重90克，外形酷似蝠鲼(鰩魚的一種，人稱“魔鬼魚”)，比一枚雞蛋略重，將它投到魚缸中，它就如真魚附體，撲扇著“兩翼”劃水前進。
實際上，這條魚是有電子肌肉的。這一層薄薄的 “電子肌肉”，實際上由三層材料組成：上下兩層是透明的介電高彈體薄膜，中間是導電用的碳膏或水凝膠；三層材料緊密地粘合在一起，就像北京著名小吃“茯苓餅”。如果給它兩極通上交流電，它已經可以像心臟一樣地“跳”動了。
“電子肌肉在電刺激的作用下可以快速的響應，所以我們的這個撲動的頻率可以比較高，游動的速度比較快。”浙大航空航天學院李鐵風說，“此外，‘魚’在水中，包裹它身體的水就是產生電壓的負極，這也是我們設計中一個創新設計。”
值得一提的是，浙大造機器魚渾身的材料都是工業級的材料，在國內有巨大的產量和化工工業基礎，造價低廉，并且對環境友好。這也是課題組努力的目標，除了省電、還要省錢、環保，適合工業級的生產制造。“我們希望將來制作機器魚能像制造我們的橡膠鞋底一樣簡單，在模具中一沖便能成型。”李鐵風說。
想要和人類更接近需要研發軟體機器人
大多數機器人是用鋼鐵做成的，但是人的百分之八十五都是非常軟性的東西，所以從本質上人是非常柔性和軟性的。而人類之所以有這么強的傳感能力就是因為大多數都是用軟性的材料，如果要打造這種和人類比較接近的機器人就必須要用這種軟性的材料。舉個例子，如果人類想要握住一個硬的東西，抓住一個玻璃杯的話你的手指會隨著它的組織適應它的形狀。如果我們在手指上放一些硬的東西可能就抓不住這個玻璃杯了，所以還是涉及到用什么材料的問題，軟性材料要測試的話還是要對這個物體進行抓、捏和推，肯定也希望像人一樣抓取這些東西，這些都需要軟性材料的使用。
圖：Rolf Pfeifer演示軟體材料的優勢——手握玻璃杯
軟體機器人的結構和材料是非線性的，且擁有多自由度，這導致了機器人的動作任務比剛性機器人更加復雜，這對算法和控制系統的要求非常高。舉個Octobot 章魚軟體機器人的例子，Octobot由硅橡膠制成，其控制系統是一款柔性微流體芯片，內部的閥門和開關由壓力激活，引導液態燃料流過“身體”，從而控制8只“爪子”的動作。Octobot的身體便是3D打印而成，研究人員將硅橡膠傾倒入一個章魚形狀的模具中，接著用3D打印機朝其中注入特殊墨水，隨后通過加熱來矯正其結構，并使墨水蒸發。在機器人的爪子內部留下一個中空的網絡并同大腦相連，機器人的“大腦”通過這個中空管道同爪子“交談”。
圖：Octobot 章魚軟體機器人
軟體機器人能完成各種特殊的任務，例如爬陡坡、鉆進極其狹小的空間，比剛性機器人更靈活能完成更多的任務。除此之外，它可以更好適應各種環境，受到外界沖擊后也不會產生大的傷害，在空間狹小、非結構下的環境下都可以完成復雜的任務，例如醫療、軍事及探測領域。另外，其材料可以用3D打印等方式來生產，成本也比剛性機器人要低得多。對未來量產機器人也有重要的意義。
軟體機器人面臨的技術性挑戰：跨鄰域學科開發協同
軟體機器人首要面臨的挑戰就是材料學，要進行軟體機器人的技術研發就需要不斷地開發新的材料。目前我們看到的機器人基本上都是硬質材料的，比如金屬、塑料等，這些材料的發展與應用都已經相對成熟了，而我們現在研究的軟體機器人的材料還是有著巨大的發展空間的。到目前為止，大多數在機器人這個領域有建樹的科學家都來自機械工程、電子工程、計算機科學等學科背景，還沒有太多材料科學、生物科學的專家參與到這個領域中來，因此我們下一步主要面臨的難題就是如何推動跨學科的綜合背景的科學家的加入，讓有材料科學、生物科學在這個領域發揮巨大的作用。等到材料科學和生物科學這種跨領域的學科、技術與機器人的開發協同起來的時候，才能夠真正的推動以人為中心的機器人的開發。
除了研發上的難點，社會學、心理學上也有挑戰。人會喜歡和他比較接近的東西，比如說一些娃娃會做的比較仿真，但是心理學上有研究，當“仿真”達到一個臨界值的時候，人會對和他很像的東西感到恐懼。軟體機器人相比于傳統的硬質機器人，會更像人，對此產生的可能的不適應也需要相關的研究。
軟體機器人會有更自然的人機交互體驗
Pfeifer教授現在成立了一個工廠叫做“Living With Robots”，這些機器人將來可以做服務員給大家發一些飲料，也會裝很多的傳感器，人們在未來和機器人互動也會更加自然。第一個產品可能是做一個吧臺的服務員，我們這里用到的技術包括軟性的機器人技術，可以充分利用各種材料簡化這種中央控制的功能。第二個產品就是要解放它，也就是說要讓機器人能夠從過去的限制當中走出來，比如在吧臺工作的話中間可以走動的地方就非常的窄，其實就不需要過多地走動，只需要熟悉那一點地方就可以了。
