一款柔性机器人借用了章鱼最有用的本领
水下机器人长期以来一直受制于一种熟悉的工程模式：刚性结构、集中式处理器，以及在环境可预测时最有效的预设动作。海底环境并不可预测。洋流会变化，能见度会下降，地形也会在毫无预警的情况下改变。这就是意大利理工学院一款新的柔性机器人手臂脱颖而出的原因。它不是用更多自上而下的控制去对抗海洋的复杂性，而是把感知与行动分散到机械臂本身。
它的灵感来自章鱼，这种动物的神经系统具有明显的去中心化特征。研究人员称，章鱼大约60%的神经元分布在八条触腕中，使其能够进行局部处理和反射式动作，而无需等待中央大脑的指令。IIT团队把这一原理转化为一个专为水下探索设计的硅胶与电子元件架构。
这条机械臂如何工作
这条机器人触腕长41厘米，基部直径4厘米。它配备10个人工吸盘，朝尖端逐渐变细，呼应真实章鱼手臂的布局。这个设计的独特之处不仅在于柔软性，还在于控制理念。该机械臂在基本接触响应上不依赖摄像头、外部计算机或集中式指令层。
每个吸盘都包含三对LED和光电晶体管，这些光学元件用于测量反射光。当物体接触吸盘时，硅胶会发生形变并改变反射模式。系统将这种变化转化为三类信息：是否发生接触、施加了多大力度，以及接触来自哪个角度。
报告中的性能表现相当精确。灵敏度约为每牛顿400毫伏，力误差仅0.1牛顿。方向精度也很高，最大误差低于18度，平均约8度。这些数字很重要，因为它们表明研究人员并不是为了造型而模仿章鱼解剖结构，而是在构建一种能够在不确定环境中支持有效操作的传感系统。
感知与行动在同一处发生
论文第一作者Barbara Mazzolai将这一设计描述为感知与行动在整个身体中被整合并分布开来。这句话抓住了项目的更大意义。在许多机器人中，感知发生在一个地方，计算发生在另一个地方，运动又在别处。受章鱼启发的机械臂打破了这些区分。一个吸盘不仅仅向上传递数据，它还会解释局部接触并直接参与抓握反应。
这在水下具有实际优势。当通信延迟或噪声环境使集中控制变得笨重时，局部自主性可以提升响应速度。分布式系统在面对不规则表面、脆弱物体或杂乱地形时，也可能更具韧性。
这对海底探索为何重要
海洋是生物启发型设计最有可能胜过传统机器人假设的领域之一。在海床附近工作的机器，往往需要先接触才能看清，需要在不等详细指令的情况下自适应，还要在不损伤接触对象的前提下完成抓取。柔性身体和局部反射非常适合这些需求。
IIT 这款机械臂展示了通往这种未来的一条路径。团队没有把去中心化智能看作是叠加在刚性平台上的软件功能，而是把它嵌入到接触本身的机械结构中。结果是一台似乎就是为了在环境不配合时自然反应而设计的机器人。
其意义并不局限于海洋科学。任何需要在不可预测空间中安全操作的领域，都可能从这一模型中获得启发。但水下工作最能体现这一概念，因为这正是集中式、重视觉的机器人最容易受限的地方。
机器人设计的更大转向
多年来，高性能机器人往往意味着更多传感器、更多算力和更明确的规划。而这项研究指向了不同的方向。它认为，智能可以分布在身体各处，机器人的形状和材料本身也能承担部分计算负担。换句话说，控制系统不仅存在于代码中，也存在于结构里。
这并不意味着集中式系统会被淘汰。它倒是表明，下一代实地机器人可能在中央规划与局部具身智能的结合中表现最强。章鱼很早就解决了这个问题。工程师们现在正在赶上。
- 这条柔性机器人手臂以章鱼的去中心化神经系统为模型。
- 每个人工吸盘都通过LED和光电晶体管感知接触、力度和方向。
- 该系统在局部响应上不依赖摄像头、外部计算机或集中控制。
- 该设计旨在提升在不可预测水下地形中的表现。
本文根据 New Atlas 的报道改写。阅读原文。
Originally published on newatlas.com