什么是以柔软性和顺应性为优势的“软体机器人科技”？

来源:Murata村田中国发布时间:2023-02-221053浏览

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说到机器人，通常联想到的是代表性的工业用机器人那种硬质、强劲有力、准确且能快速驱动的机器人。近年来，检测到与人的微小接触后就会自动停止的、能够放在操作人员身边安全使用的协作机器人被广泛用于制造现场。然而，“软体机器人科技”不仅仅是指由柔性材料制成并能够完成柔韧性动作的机器人的技术 ...

什么是不同于以往机器人科技的“软体机器人科技”？

代表性的工业用机器人，硬质、强劲有力、准确且能快速驱动，例如能对汽车车身和建材的目标部位连续进行严酷的焊接作业，或使用高功率激光切割金属等硬质材料，亦或是拣选重型材料和部件的机器人等（下图）。

强劲有力且能准确运作的工业机器人示例

此外，检测到与人的微小接触后就会自动停止等之类的能够放在操作人员身边安全使用的协作机器人近年来也被广泛用于制造现场。协作机器人可以按照指示或传感，代替人去完成需要强大力矩和准确性的作业，它们能够克服人特有的不确定性，并弥补人无法拥有的力量和劳动力。从这一点来看，协作机器人可以说是处于以往工业用机器人的延长线上。
另一方面，“软体机器人科技”的意思是指，由柔性材料制成并能够完成柔韧性动作的软体机器人的技术。以往的机器人技术主要是力求弥补人所不具备的性质，而软体机器人科技所展现的设计观念则与此不同。比方说也有很多软体机器人是从自然界生物和人体构造等方面获取灵感以及模仿其动作而设计的。
软体机器人有各种各样的类型，它们不仅能够完成柔韧的动作，同时还被称之为“以特有的‘顺应性’为优势的机器人”。这种顺应性正是与以往机器人科技有着巨大差异的要素。
软体机器人不仅能拣选形状不规则的工件以及完成灵活应变的动作，还能在狭窄复杂且形状不规则的空间中进行作业等。另外，还可以应用在直接辅助人体这样的用途上。因此不仅仅是制造现场，在众多场面，人们正期待着活用软体机器人来实现高效化。

软体机器人可灵活应对形状不规则的物品或易碎物品的示例

“软体机器人科技”的驱动方法、技术和用途

软体机器人科技领域正针对各种目的和课题，以多种多样的方法开展着机器人的研究开发。无论哪种方法，其解决方案都是将软体机器人特有的柔韧性以及“顺应性”的要素加入到构造和构成材料中，这一点可以说是特色所在。
下面就来介绍一下软体机器人的驱动方法、技术、应用实例。

用柔性材质制成的软体机械手

以往的机械手大多是用金属等硬质材料制成，所以具备力度方面的强劲性和工件尺寸上的高精度。另一方面，如果是用软性较高的树脂等制成，并且是通过气压来控制软体机械手的驱动方法，就可以用恰到好处的力度，去抓住装在柔质容器中的食品、薄玻璃杯、纸制容器等容易损坏的东西并进行搬运。或者只用一种机械手，就能抓住尺寸和形状各式各样的对象物。
另外还有一种开发而成的驱动方法是，用柔性金属丝将对象物圈起来，通过巧妙调节所圈范围来直接拣选容易破碎的加工食品等对象物。

硬度和形状能够变化的夹具

除了柔性之外，还有一种只有一个夹具并能根据需要改变夹具的硬度和形状的软体机器人。例如，有一种将粉状物体放入袋中制成的夹具，在含有一定程度的空气时，夹具是柔软的。如果抽去空气，粉体之间的间隙消失，夹具就会变硬，固定成当时的形状。这种构造被称为阻塞（jamming）。如果将其作为机器人的夹具来使用，那么只用一台机器人就能应对作业所需的硬度和柔软性，例如抓住复杂且不规则的物体，或按押对象物和按钮等。在需要灵活性应对的灾害现场开展救助活动等方面，安装有这种阻塞构造夹具的机器人的活用正备受期待。

模仿自然界生物的软体机器人

检验纤细管道内部等、在人的手无法触及的地方进行作业时，使用能够顺应检验对象的软体机器人就能有效提高作业效率。比方说，如果是模仿蚯蚓和蛇等生物的软体机器人，那么即使是在形状细小复杂的管道内部，也可以自由进入并对管道内部进行非破坏性的详细检验和检查等。
另外还有人开发出一种模仿大象鼻子和章鱼脚的软体机器人，它们能够完成至今为止多轴机器人无法完成的复杂且灵活的动作。并且，还有一种软体机器人安装有照相机，即使是在潜水员无法进入的错综复杂的海里，它也能用模仿鱼类的柔软动作，一边游泳一边进行拍摄。这种软体机器人目前正得到活用。另外在宇宙探索领域中，由于以往的地面探测器无法用于木星这类巨大气体行星的卫星探索，所以目前正在研究模仿乌贼的软体机器人。

具有模仿肌肉构造的软体机器人

人体每条腿各有3个关节，但即使是6轴的机器人，也无法做到同样灵活细腻的动作。这是因为人体为驱动这3个关节，使用了多达50块的肌肉。因此也有一种人工肌肉就是从这种解剖学式的观点出发而开发的。
人工肌肉是将多根外径纤细、柔韧且伸缩性强的特殊材质的金属丝绑在一起，用气压进行控制，使其像人体肌肉一样活动。在这样的人工肌肉领域中，实证研究正以多样化形态不断向实用化发展，它除了能应用在独立的软体机器人方面以外，还能应用在支持人体动作和姿势的福利护理用具上，以及纤维材料中采用了纤细人工肌肉的动力服等方面。

电子所需要具备的灵活性和与软体机器人的亲和性

除了机器人科技领域，在电子领域中，使用柔性素材实现柔软性且能弯曲能扭转的电子设备——柔性电子（柔性电路）的需求也在不断高涨。
其理由是，IoT（物联网）设备和可穿戴设备等的外形低高度化和高功能化，以及因此而产生的搭载部件的小型化和高密度化。除此之外，人们对壳体形状和尺寸、可活动部分的设计自由度以及提高这方面可用性的要求也越来越多。
在柔性电子中，具有代表性的可以说是“FPC（柔性电路板，Flexible Printed Circuits）”，这是在具有绝缘性且薄而柔软的树脂制的带基薄膜上，层压上铜箔等导电性金属后形成电路的一种电路板。
除此之外还有可在小型壳体的狭窄内部弯曲且紧密搭载的电路板、可弯曲的LCD显示器、OLED显示器、薄膜电池（薄膜太阳能电池、弧形电池）等。此外，目前还出现了使用印刷电子技术的传感器类等产品。印刷电子技术是将精致的图形印刷在薄膜等上面，在能弯曲的材料上制成电路的一种电子技术。
折叠式智能手机之类的电子设备就是上述柔性电子的代表性用途。柔性电子作为不妨碍软体机器人灵活动作的重要设备，预计应用实例也会越来越多。
另外，村田制作所一直以来也开发制造出了带有软引线且热响应性高的NTC热敏电阻，以及用环保性的柔性材料制成的压电薄膜传感器等商品。
上述的柔性电子技术具备着在更接近人和社会的地方充分发挥优势的潜力。另外，从其“柔软、灵活、顺应性强”这些方面来看，柔性电子可以说是与软体机器人科技具有高度亲和性的一项技术。实际上也有在软体机器人上使用柔性传感器等的柔性电子设备的实例。
因此，我们不难想象，未来将具备灵活性和柔软性的“机器人科技”和“电子”这两方面的技术与构思完美结合，实现更高水准的技术，就能让软体机器人在更广泛的用途中得到活用。

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