天津大學(xué)材料學(xué)專(zhuān)家封偉與合作者設(shè)計(jì)出一種4D打印的軟體機(jī)器人。該原型機(jī)是管狀的，能在加熱時(shí)自我組裝，并可以承擔(dān)挑戰(zhàn)性任務(wù)，比如爬坡、在崎嶇不平和不可預(yù)知的地形中行進(jìn)。

　　開(kāi)始時(shí)，機(jī)器人是一片3D打印液晶彈性體(一種有彈性的塑料材料)扁平矩形薄片。當(dāng)下表面被加熱時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)扭曲，形成一個(gè)類(lèi)似彈簧的小管。在外部刺激下的形狀變化在打印過(guò)程中增加了第四個(gè)維度——時(shí)間，使其成為4D。

　　一旦機(jī)器人變成一個(gè)小管，熱表面的接觸就會(huì)在材料中產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致其向一個(gè)方向滾動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)背后的驅(qū)動(dòng)力十分強(qiáng)大，以至于機(jī)器人可以爬上20°的斜坡，甚至可以扛起相當(dāng)于自身重量40倍的重物。而且，機(jī)器人的長(zhǎng)度影響其速度，長(zhǎng)機(jī)器人比短機(jī)器人滾動(dòng)得更快。

　　研究人員拍攝了展示機(jī)器人技能的視頻，包括不同大小的機(jī)器人和機(jī)器人推車(chē)的比賽。視頻還展示了機(jī)器人行為是如何根據(jù)周?chē)h(huán)境而改變的，當(dāng)遇到不可逾越的障礙時(shí)，機(jī)器人要么爬上臺(tái)階，要么改變方向。

　　通過(guò)4D打印將液晶彈性體加工成各種形狀的樣品，并用光、熱和電刺激這些樣品來(lái)觀(guān)察它們的反應(yīng)。在未來(lái)，這些軟體機(jī)器人可能被用于在管道等狹小、封閉的地方或在200℃的條件下工作。軟體機(jī)器人不再局限于被用作簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)器——只能在一個(gè)固定的位置改變形狀。

　　軟體機(jī)器人在生產(chǎn)生活中具有極其廣泛的應(yīng)用。根據(jù)其使用場(chǎng)景可分為以下3種主要運(yùn)用領(lǐng)域。

　　人機(jī)交互康復(fù)機(jī)器人。相比于傳統(tǒng)剛性機(jī)器人，軟體機(jī)器人柔軟的機(jī)體使其可以更高效、安全地與人類(lèi)和自然界進(jìn)行交互。如同人體靈活的軀干與肌肉，軟體機(jī)器人柔軟的機(jī)體、彎曲的形態(tài)和不規(guī)則的表面令其在不同環(huán)境中能夠更為靈活的運(yùn)動(dòng)。因此，將軟體機(jī)器人與可穿戴設(shè)備結(jié)合用以幫助特殊人群完成生理活動(dòng)。

　　哈佛大學(xué)的軟體機(jī)器人手套利用軟體致動(dòng)器組成的模壓彈性腔與纖維增強(qiáng)，誘導(dǎo)特定的彎曲，能夠使肌肉或者神經(jīng)受損的患者獨(dú)立把握物體。研究者們對(duì)這些軟致動(dòng)器進(jìn)行機(jī)械編程，以匹配和支持使用者個(gè)別手指的精確運(yùn)動(dòng)。與此相似的還有拇指柔性康復(fù)手套。除小型的穿戴設(shè)備外，還出現(xiàn)了步態(tài)協(xié)助軟機(jī)器人exosuit這樣覆蓋全身的大型可穿戴設(shè)備。它可以像正常的衣服一樣佩戴，最大限度減少與穿著者的相互干涉，對(duì)穿戴者起到輔助作用。目前，中國(guó)已經(jīng)成為世界上老年人口最多的國(guó)家，也是人口老齡化發(fā)展速度最快的國(guó)家之一。中國(guó)正逐步進(jìn)入老齡化社會(huì)，加之社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，大眾對(duì)于服務(wù)機(jī)器人的需求日益增長(zhǎng)，在人機(jī)交互和康復(fù)領(lǐng)域有著廣泛運(yùn)用，更應(yīng)受到更加廣泛的關(guān)注。因此，大力發(fā)展軟體機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)，提高研發(fā)水平，早日實(shí)現(xiàn)其在人機(jī)交互及康復(fù)領(lǐng)域的運(yùn)用和普及，滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展及市場(chǎng)的需求。

　　勘探、野外運(yùn)動(dòng)。在地震、洪水等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，抑或遇到懸崖、巖洞、海底等復(fù)雜未知環(huán)境，用機(jī)器人代替人類(lèi)工作就顯得十分必要。傳統(tǒng)的剛體或超冗余度機(jī)器人對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力不足以承擔(dān)日趨精密的勘探任務(wù)，而軟體機(jī)器人則可以利用自身柔軟、彎曲程度高、自由度大等優(yōu)勢(shì)很好地適應(yīng)不同的復(fù)雜環(huán)境，承擔(dān)起勘探、救援等工作。一種柔軟可變形機(jī)器人可以通過(guò)爬行、跳躍等方式在崎嶇的地形中輕松自如地移動(dòng)。此外，利用內(nèi)燃爆炸驅(qū)動(dòng)的方式，機(jī)器人可以不受限制地跳躍通過(guò)各種障礙。在水下，柔軟的尾鰭推進(jìn)機(jī)器魚(yú)可以像魚(yú)一樣潛水、擺尾、游動(dòng)，進(jìn)而完成水底勘探、搜尋等工作。而仿生章魚(yú)機(jī)器人運(yùn)用仿生學(xué)原理，可以通過(guò)狹小的通道并利用非結(jié)構(gòu)化的觸手在曲折的地面前進(jìn)或作出抓取動(dòng)作。

　　醫(yī)療和手術(shù)應(yīng)用。軟機(jī)器人天生具有與生物體的自然組織兼容的優(yōu)勢(shì)。微創(chuàng)外科手術(shù)為軟體機(jī)器人提供了一個(gè)巨大的舞臺(tái)。軟體機(jī)器人能夠突破傳統(tǒng)微創(chuàng)外科手術(shù)方法的局限，如低自由度的操作設(shè)備給手術(shù)帶來(lái)的限制。倫敦大學(xué)研制的剛度可控的章魚(yú)狀微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人手臂運(yùn)用了仿生學(xué)原理，根據(jù)手臂機(jī)械性能的需要通過(guò)控制機(jī)械手臂的剛度更好地配合手術(shù)進(jìn)行，柔軟的材質(zhì)將手術(shù)的傷害降到低。