科技日報記者 張佳欣

由英國牛津大學(xué)領(lǐng)銜的研究團隊研發(fā)出一種全新的軟體機器人，它們無需電子元件、馬達或計算機，僅靠空氣壓力就能運作。研究顯示，這種“無腦”機器人并不依賴中央控制系統(tǒng)或程序指令，而是通過自身結(jié)構(gòu)與外界的物理作用實現(xiàn)運動與協(xié)調(diào)。相關(guān)研究5日發(fā)表在《先進材料》雜志上。

這一成果為發(fā)展具身智能開辟了新方向，也就是將決策與行為直接編碼在機器人的結(jié)構(gòu)中，從“靠大腦控制的機器人”，發(fā)展到“身體本身就是智能系統(tǒng)的機器人”。這種新型機器人更高效、更節(jié)能，未來有望在能源有限、環(huán)境復(fù)雜的場景中實現(xiàn)自適應(yīng)工作。

軟體機器人由柔性材料制成，擅長穿越復(fù)雜地形或操控易碎物體。該領(lǐng)域的一個重要目標(biāo)是，將行為與決策機制直接寫入機器人的物理結(jié)構(gòu)，使其無需復(fù)雜的感知和編程系統(tǒng)就能自適應(yīng)環(huán)境。但如何讓這種自動化行為自然涌現(xiàn)，一直是一大挑戰(zhàn)。

許多生物體無需中央控制就能實現(xiàn)身體協(xié)調(diào)。研究團隊從自然界汲取靈感，設(shè)計出一種模塊化氣壓單元，能夠像電子電路中的電流一樣傳遞空氣壓力，并完成不同機械功能。根據(jù)氣流設(shè)置，這一單元可執(zhí)行3種任務(wù)：像肌肉一樣在氣壓變化下運動；像觸覺傳感器一樣感知接觸變化；像閥門一樣控制氣流通斷。

這些模塊猶如樂高積木，多個幾厘米大小的相同單元無需改變基本設(shè)計即可拼裝成不同機器人。團隊在實驗室組裝了鞋盒大小的桌面原型，能完成跳躍、震動、爬行等動作。在特定連接下，單個模塊可同時執(zhí)行3種功能，只需持續(xù)施加氣壓，就能自主產(chǎn)生節(jié)律運動。當(dāng)多個模塊連接在一起時，它們會自然形成同步節(jié)奏，而無需任何計算機控制。

團隊展示了兩種典型裝置：一種“搖動機器人”，能通過旋轉(zhuǎn)平臺自動將珠子分類；另一種“爬行機器人”，能感知桌面邊緣并自動停止，防止墜落。整個過程完全由機械反饋實現(xiàn)。這種協(xié)調(diào)行為不是預(yù)設(shè)指令的結(jié)果，而是由模塊之間的相互作用及其與環(huán)境的物理耦合自然產(chǎn)生。

總編輯圈點

這項突破將機器人從“算法驅(qū)動”轉(zhuǎn)化為“結(jié)構(gòu)驅(qū)動”，重新定義了機器人的自主性邏輯。在應(yīng)用層面，此類機器人有望突破傳統(tǒng)機電系統(tǒng)的極限：如在核污染區(qū)域、人體內(nèi)腔等極端環(huán)境中，無電子元件的特性可避免電磁干擾與硬件損毀；模塊化設(shè)計則支持快速重構(gòu)功能，像生物組織般自適應(yīng)多變場景。更深遠來看，這項技術(shù)在未來或可發(fā)展出能自修復(fù)、自進化的機械生命體。