作者是许昌瑀，其身份为西湖大学博士后，还有林洋伊，是西湖大学学生，另外有姜汉卿，作为西湖大学机械工程讲席教授。
身躯是冰冷坚硬的金属骨架，部件是精确运转的齿轮电机，这般模样，可曾是你脑海中所构想的“机器人”形象？事实上，还存在着另外一类机器人，它们并非拥有坚硬的躯壳，而是凭借柔软的身体去探索整个世界，它们看上去并不强壮，但其自身却不容易遭受损坏，这便是所谓的软体机器人。它们恰似章鱼、蚯蚓、水母等自然界中的生物那般灵动自如，能够实现弯曲、伸展的动作，还可以钻入狭窄的缝隙之中，进而展现出了此前从未有过的环境适应能力。
“仿生舞者”，拓展机器人应用边界
传统机器人差不多都拿金属或者硬质塑料当作骨架，靠着电机、齿轮、连杆等关节式结构去运动。它们动作精准、重复性高，能够在流水线上一天到晚不间断地完成焊接、装配、搬运等任务，是现代工业里高效的“钢铁工匠”。可是，在复杂多变、无法预期的环境当中，它们常常动作生硬，很难灵活处理：一个机器人手臂也许能精确焊接汽车零件，却很难跟人手一样轻柔地剥开一枚鸡蛋。
光明图片/视觉中国
软体机器人有着差别！其制造灵感源自自然，仿若那种柔软特质且像舞者般具有模仿作用的存在——抛弃了坚硬的外部包裹，选用硅橡胶、弹性聚合物、还有凝胶以及生物组织等质地柔软的材料来制造，身体能够自行弯曲、伸展、收缩、扭动，具有穿越狭窄空间、贴合不规则表面，乃至在极端环境下达成任务的能力。
也就是这种具备柔软特性的，缘故也必然让着软体机器人更加适合和人直接进行交互。比如说，那种称呼为“肌肉骨骼型”的仿人机器人，凭借着类似肌肉的柔性结构致使能够提升自身互动的自然性；还有可变刚度柔性机械臂，其可以在展现“刚”的状态和呈现“柔”的情况之间灵活实现替换转切，当处于保障安全的这个进程里面又适合于人之身体动作进而完成彼此之间的协作，最终使得人机关系趋向于变得更加和谐这样的走向句号。
近些年来，我国科研团队于软体机器人研发层面，持续推出全新成果 ，像上海交通大学所研制的仿蛇机器人，它能够于狭窄通道里头蜿蜒前行 ，哈尔滨工程大学研制的仿鱼机器人，可在深海高压状况下稳定游动 ，中国科学技术大学以及西湖大学等研制的柔性抓手，能夹起各类形状的物体 ，诸如此类的尝试均指向同一方向 ，即让机器人在复杂环境里更具灵活性 ，更加适应 。
于实际运用当中，软体机器人跟传统机器人彼此相互补充，二者借由刚柔融合以及系统集成朝着协同迈进，正极为显著地拓宽机器人的应用界限，给未来带去无穷可能性。
“人工肌肉”，让软体机器人动起来
没了电机以及齿轮，软体机器人是怎样动起来的呢？它的奥秘处在科研人员借助诸多“人工肌肉”构成独特的驱动方式，给机器人赋予了弯曲、伸展还有蠕动的能力。
软体机器人最经典的运动方式是气动驱动，机器人体内诸多精巧的空腔与通道遍布，空气或者液体被泵进去时，这些腔体如同肌肉纤维般膨胀、弯曲，以此驱动身体伸展、扭动，只要对不同腔体压力、充气顺序精准调控，机器人便能完成爬行、夹取乃至翻滚等复杂动作，它仿若一个“会呼吸”的身体，借气流推动全身舞动 。近期，荷兰原子与分子物理研究所，展示了一种基于气流的软体机器人，该机器人仅靠一根硅胶软管，在历经流动空气中受力时所处自然气流动态导致引起的气流作用下，就能够自行产生振荡摆动，并且凭借与周围环境展开具体交互行动时所呈现出的表现，展现出仿佛类似动物行走动作姿态风格的步态，这一设计方案，并不需要运用结构复杂的电路构成体系，然而却能够达成让机器人在处于动态变化环境状况中维持保持适应性的效果。
电驱动软体机器人里头，最为典型的是介电弹性体驱动也就是DEA，在柔软的高分子薄膜两边覆盖柔性电极，施加高电场之后产生静电应力，致使薄膜厚度被压缩、平面方向膨胀，进而达成快速且有力的伸缩。清华大学科研团队曾借助这一技术研制成亚厘米级的软体蠕动机器人，能够在狭窄管道里高速往前并完成巡检；哈佛大学的研究把多层介电弹性体驱动应用于微型扑翼，使得机器人达成轻盈飞行。另外还有一类是离子聚合物驱动，它是依靠电场作用下的小离子，在聚合物电解质当中迁移，并且携带水分子，进而造成两侧体积出现差异，由此引起整体弯曲，它的动作相对来说较为缓慢，不过优势在于驱动电压极低，和现有锂电池等便携电源技术高度契合，在实际应用里潜力较为突出。西安交通大学团队借助这一原理，设计出“扭转—弯曲”双稳态结构，而且驱动微型机器人实现自主爬行与游泳，为低电压软驱动的应用拓展提供了新的思路。
形状记忆材料，是那种特殊的“热驱动肌肉”，其中涵盖形状记忆合金（SMA）以及形状记忆聚合物（SMP）。这类材料有着独特之处，就是能够“记住”原始的形态，在加热的时候呢，会恢复到设定好的形状，而冷却之后，又能够再次被变形，并且固定下来。要是把细丝状的形状记忆合金或者柔性的形状记忆聚合物嵌入到软体结构里头，这就如同在“橡胶肌肉”当中埋进了热响应的纤维，每次一旦通电或者加热，它们就会收缩或者恢复形状，进而牵引机器人完成动作。
代表外场驱动软体机器人的是磁场驱动，在柔软材料之中掺入微小的磁性颗粒，借助外部磁场操控，令其在力和力矩的作用之下带动整体结构弯曲或者蠕动。麻省理工学院团队所研发的口径为毫米级的柔性连续体机器人，能够于复杂血管模型里灵活导航。外磁场能够毫无损伤地穿透人体组织，适宜医疗应用。当前，磁驱动机器人已经在动物实验当中展现了进入血管、胃肠等复杂环境的潜力。
另一类型的外场驱动软体机器人是光场驱动，在材料里引入光响应分子或者光热颗粒后，借助激光或者可见光远程触发其弯曲，触发其伸展，甚至触发其扭转，光场的空间分辨率非常高，可以达成局部精确控制，利于结合光纤用于微创场景中，不少研究团队已研发出精准可控的光驱动软体结构，像液晶聚合物（LCP）动态响应材料，能够在光照时进行弯曲，进行滚动，进行扭转，甚至模拟“光控步行” 。也有研究，是把光吸收晶体跟聚合物进行复合，去制成一种光控薄膜，这种薄膜能够在紫外以及可见光交替照射的情况下，快速地弯曲，之后又恢复原状，它还可以模拟“光控夹持”动作。
机器鱼。光明图片/视觉中国
西湖大学科研人员发明的全新驱动方式，是电磁弹性体驱动软体机器人。其原理如同一场在同时进行的“拉锯战”，在一方，有着如肌肉纤维般的橡胶般弹性体正努力拉伸，而在另一方，磁铁之间的吸引力持续不断地进行牵引。当电流处于断电状态时，两股力量维持平衡，致使结构体处在自然形态；要是接通电源，磁力会陡然增强，进而将弹性体“拉近”，使其如同具备收缩能力的肌肉纤维那样开始收缩，借助电流大小的调节，就能够掌控收缩的幅度以及速度。该机制有着别于传统的电磁驱动，其主要驱动力是软磁跟硬磁之间强有力的磁吸引，它不但能够输出比较大的力量，能够在很低的电压之下稳定地工作，还能够借助巧妙设计，在断电之后维持某种形态，并且根本不耗能。凭借这一原理，该科研团队已然研创出能够在自然环境里爬行、游泳，甚至是跳跃的微型机器人，给未来小巧且灵活、真正自主的软体机器人提供了全新思路。
近年来软体机器人发展的新方向，是直接把活细胞用作驱动源，科研人员把心肌细胞或者骨骼肌细胞培育在柔性材料上，让它们如同在体内那样拥有节奏地收缩，进而驱使软体机器人运动起来，如此这般的机器人仿若真的“长”出了会跳动的肌肉，和别的驱动方式不一样，这些细胞不但能够自行消耗营养液生成能量，还具备一定的自愈能力，甚至有研究借助基因改造，让细胞对光信号作出反应，只要有一束光照，肌肉就会收缩，达成精准的“光控指令” 。这让软体机器人距离真正的仿生生命体又近了一步。
不管运用怎样的驱动方式，那种软体机器人，都是没办法离开柔软材料给予的支持的，这柔软材料包括硅胶、橡胶还有新型高分子材料。它们好似软体机器人的一层“肌肤”，不仅有着柔韧性，而且还能够大幅地变形，给各种各样类型的驱动方式，提供了一个特别可靠的舞台。正是因为有了这一层所谓的“柔性肌肤”，软体机器人才能在既复杂又多变的环境当中自由自在地伸展，还能弯曲以及贴合，从而展示出传统机器人很难达到的环境适应性。
“入境随形”，向柔软智能“生命”进化
“入境随形”乃是软体机器人所具备的最大魅力所在，不管是微观世界的范畴，还是极端环境的情形，又或者是人机交互的日常生活场景，软体机器人都能够寻觅到归属于自身的任务“路径”，好似水那模样去贴合、渗透以及适应复杂环境，当下，软体机器人正一步步地走出实验室，于真实世界里充分施展自身本领。
在医疗范畴之内，有着纤细身形的软体机器人，能够进到人体内部之中那蜿蜒曲折的血管或者胃肠道里面，躲开那些敏感的组织，到达平常手术刀难以接触到的病灶之处，达成精准的操作，却不会划伤脆弱的组织。在未来的时候，这类机器人甚至能够被设计身为可降解的材料，在完成相应任务之后，慢慢地进行分解，进而被身体给吸收掉，以此避免二次取出。这些年来，我国的科研人员已然开启了基于磁驱动的胃肠道软体机器人的研究工作，并且在动物实验里展现出了其具备的可行性，给微创医疗带来全新的可能性。
水下机器人抓取臂。光明图片/视觉中国
有一种软体探测器，它能钻入狭小缝隙，在灾害救援与环境探测里发挥作用，在地震废墟中，它可寻找生命迹象，还能够携带微型传感器，去监测温湿度或者有害气体，在复杂空间内完成信号检测，进而给救援送出关键信息。比如说浙江大学有那个仿生鱼类机器人，它已成功潜入深达万米的深海，在高压环境中较稳定地游动，此机器人的柔性抓手能于深海完成取样任务 。
在日常人机交互里，软体机器人有着温和触感，它不同于冰冷机械臂，能为老人提供辅助护理，还能成为教育场景中的互动伙伴，而一些具身智能机器人企业近年来开始研发可变刚度的软体手臂，该手臂在需要时能提供支撑力，接触人体时也能保持柔软安全，展现出高度亲和感，成了陪伴、守护人类的温柔伙伴 。
柔软的那种机器人的往后的日子有着数不清的可能性，然而它在开展研究制造的进程当中依旧遭遇许多全新的困难 。
纳米机器人。光明图片/视觉中国
首先存在驱动与材料性能的限制，跟传统电机相较之下，软体驱动输出的力量比较小，并且有许许多多智能材料工作条件很是苛刻，比如说高电压或者特殊外场，除此之外，软体材料在发生大变形之际往往会表现出明显极其的非线性特性，加上制备工艺还没有实现标准化，致使性能稳定性以及重复性难以得到保证，虽说近些年来出现的新型电磁弹性体驱动软体机器人在输出力以及驱动条件方面取得了突破，给软体机器人带来如同“肌肉”一样的力量，但是要切实达成模块化、工程化应用还需要耗费时间。
再其次，是控制精准度方面存在着提升空间，需要改善。和那些关节清晰明白的传统机器人不一样，软体机器人的全过程身体都能够产生形变，具备着在很大程度上千变万化的自由度。这样的一种特性带来了灵活性灵活的优点，同时也使得运动控制以及传感感知变得特别复杂，难度加大。怎样才能够让它们如同生物一样顺应环境，与此同时又能够稳定、值得牢固信赖地执行任务，这是科研人员目前正在努力攻克的难题，是亟待解决的问题。
终于，能源以及系统集成急切需要取得突破，相较于以前的机器人，软体驱动器跟现有的电子、能源以及制造体系有着一些“不兼容”之处，小型电池、芯片还有控制电路尚且难以跟柔性驱动单元顺利集成，总体而言，软体机器人距离真正的自主化并且工程化的应用还有相当长的一段路程要走。
阻碍并非挑战，而是未来的路标。我们能够更大胆设想，伴随新材料以及智能算法不断扩展演变产生的发展，未来软体机器人或许有可能感知、思考并且做出反应，逐步进化成为一种“柔软的智能生命”。
《光明日报》（2026年01月08日 16版）
