你幻想過擁抱機器人取暖嗎？
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撰文 | 先聲會
出品 | 先聲會
先聲論：印象中的機器人都是冷冰冰的機器，但是最新的一項研究表明，機器人未來有可能實現身體溫度和顏色的變化，使他們更能發揮作用，並適應環境。
本文節選、編譯自Science Robotic平臺的文章Will robots be bodies with brains or brains with bodies?作者Yiğit Mengüç，Nikolaus Correll，Rebecca Kramer 和 Jamie Paik。
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機器人的本質是什麼
你考慮過嗎？
它究竟是一臺會運行代碼的機器還是通過厚重的機械軀殼與外界互動的軟件？
材料機器人另闢蹊徑解答了這個問題：兩者都是。就像大腦和身體各有職責，各有智慧。
這樣的例子在自然界比比皆是，比如墨魚的皮膚可以偽裝成環境的紋理，起到“迷彩服”的作用。
雷鳥的羽毛顏色會隨著季節的變化而更替，春秋為淡色，夏季赤褐色， 冬天呈銀白色……
由此看出，這些動物體內除了大腦，還有一個獨立的系統來處理身體的變化。這些現象引發了我們的思考：機器人體內可以構建這樣的系統嗎？答案是——可以。
圖片來源：Ella Maru Studio
現實世界中的機器人需要對不斷變化的環境和命令做出響應。但材料機器人提示了另一種未來，即材料本身可以對不確定性的事件作出反應。試想，科學家將分佈式傳感器和執行器直接嵌入機器人體內，它將可以在一定程度上實現“自給自足”，這將大大減輕中央處理器的壓力。這也意味著機器人可以同時做更多的事情，更像一個“真正的人”。
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目前面臨的挑戰
材料機器人研究代表了材料科學在分子或微觀尺度上的垂直整合，目前面臨著五大難關：材料合成；機械設計；系統集成；傳感和控制；製造。
材料合成主要是指人類通過創造合成相變材料、記憶材料、生物相容和降解材料等新材料來製造新型機器人。
相變材料(PCM - Phase Change Material)是指溫度不變的情況下而改變物質狀態並能提供潛熱的物質。
就拿合成相變材料來講，我們身邊最常見的合成相變材料非水莫屬，水在改變為固態或者液態的時候其溫度也會隨之發生變化。
由合成相變材料所製造而成的機器人很可能實現我們所期待的——不再只是冷冰冰的機器，而是轉變為陪伴我們的“小棉襖”。
機械設計是指運用柔性材料製成機器人使其實現一些非線性的運動。
麻省理工學院（MIT）計算機科學與人工智能實驗室主任 Daniela Rus 和她的學生們進行了一些相關的嘗試，她們主要研製的項目是水下拍照機器人。
她發現傳統的硬性材料製成的機器人在水中無法像魚兒一樣靈活的遊動，其拍照的靈敏程度和自我保護能力也因此大打折扣。
如果採用硅酮這樣的柔性材料，當週圍環境對內部構造施加壓力的時候，材料就會發生彎曲，發生彎曲就可以實現魚尾的擺動。
這樣的柔性材料可以推廣運用於更廣泛的領域，例如蛇形運動的機器、靈活扭曲的機械手等。
系統集成類似於傳統的機器人技術，但著重強調結合新材料和新功能。
比如將傳感器、計算、存儲和無線通信集成到橡膠的基板中，讓汽車輪胎能夠根據傳感器所感應的路面狀態信息與存儲在基板“大腦”中的數據進行匹配，從而識別出不同地面和路面情況，針對不同的路面狀況進行判斷，從而讓汽車駕駛變得更加安全。
傳感和控制則是讓機器學會對自己的“特異功能”進行反饋和控制。
例如當擁有集成傳感功能的汽車輪胎感應到路面溼滑，那麼其內部的反饋系統和控制系統就會給予提示，通過智能變換花紋等方式降低車速，確保駕駛員駕車的安全、穩定。
製造是所有難關中最基礎的問題，但也是最為重要的關鍵所在。
製造過程如果能夠引入系統集成等新技術，比如將集成電路電子器件嵌入到超彈性和粘彈性的非線性材料中可以降低機器人制造的缺陷。
同時，大量吸收材料科學的最新研究成果，對促進機器人制造的穩定性大有裨益。現在比較成熟的3D打印技術便是很好的例子。此外，製造者對材料的深入理解和控制，將促進材料機器人研究的進一步發展。
3D打印的藝術造型
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未來的方向
隨著機器人技術的進一步成熟和發展，材料機器人研究人數激增。究其緣由，除了材料機器人領域尚未完全成熟，其方法和材料易於操作之外，相對較低的門檻也是吸引人才湧入的重要原因。材料科學家和機器人專家通力合作，在已知的各種技術的基礎之上攻克新的技術難關。
材料機器人目前只進行了概念驗證，如何將這些概念逐漸轉變為現實，還有很長的路要走。其關鍵在於需要將傳感、驅動和計算能力緊密集成到可以自主學習和控制的材料中。
目前，材料科學家正在開發具有固定多功能性的新型材料原料，機器人專家正在開發具有緊密集成組件的新材料系統。這些想法的融合最終將產生新材料驅動的新型機器人。這將使得機器人在他們的身體中擁有大腦——廉價和無處不在的機器人將進入現實世界。
除了文章中提到的，還有幾款材料機器人目前已經研發成功或進入了重要階段，我們蒐集了一些相關資訊，一起來看看這些打破刻板印象的機器人：
其他材料機器人之一
2016年末，美國哈佛大學研製出了世界首臺全部由軟性材料製成的自主機器人，該機器人的長相酷似章魚，名字叫“octobot”。
這臺機器人採用軟性材料替代了包括電池和電子控制系統在內的所有剛性組件。軟性材料採用3D打印技術製作，並在材料內部留有可佈置電源和控制線路的通道。
octobot在空間狹小、非結構化環境下都可以完成複雜的任務——這樣的特殊性讓它在軍事救援、微創醫學、深海探測等人類設備很難觸及的領域有更廣闊的應用空間。——來源自《原來“材料”對於機器人如此重要》
其他材料機器人之二
現在的 MIT 實驗室正計劃研發一個無創手術機器人。這個機器人的材料必須用食品級的材料來做，因為要把機器人放到人的身體當中，而且它不能夠被當作異物被身體排出去，當它進入到身體之後可以用 MRI 之類的東西來控制它，現在這樣的機器人可以用於移除人身體內的異物，包紮傷口，以及精確送給藥物。——來源自《機器人能成為電子羊麼？》
其他材料機器人之三
2016年末，加州大學河濱分校的科研團隊也發現了一種可“自愈”的機器人材料——一種具有自我修復功能，並且能夠彈性伸縮的透明導電材料。這種材料如果應用到機器人身上，那麼機器人便具有了自我修復能力。
這種橡膠類柔軟材料成本低、易生產，能延展到初始長度的50倍。當剪斷後，在室溫下24小時內即能重新連接起來，且自愈後僅5分鐘就能再次延展兩倍。這種可自愈的材料非常適合應用於養老行業的醫療機器人等領域，並且讓機器人更接近於生物設計。——來源自《原來“材料”對於機器人如此重要_搜狐科技》
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