你幻想过拥抱机器人取暖吗？
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撰文 | 先声会
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先声论：印象中的机器人都是冷冰冰的机器，但是最新的一项研究表明，机器人未来有可能实现身体温度和颜色的变化，使他们更能发挥作用，并适应环境。
本文节选、编译自Science Robotic平台的文章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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机器人的本质是什么
你考虑过吗？
它究竟是一台会运行代码的机器还是通过厚重的机械躯壳与外界互动的软件？
材料机器人另辟蹊径解答了这个问题：两者都是。就像大脑和身体各有职责，各有智慧。
这样的例子在自然界比比皆是，比如墨鱼的皮肤可以伪装成环境的纹理，起到“迷彩服”的作用。
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雷鸟的羽毛颜色会随着季节的变化而更替，春秋为淡色，夏季赤褐色， 冬天呈银白色……
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由此看出，这些动物体内除了大脑，还有一个独立的系统来处理身体的变化。这些现象引发了我们的思考：机器人体内可以构建这样的系统吗？答案是——可以。
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现实世界中的机器人需要对不断变化的环境和命令做出响应。但材料机器人提示了另一种未来，即材料本身可以对不确定性的事件作出反应。试想，科学家将分布式传感器和执行器直接嵌入机器人体内，它将可以在一定程度上实现“自给自足”，这将大大减轻中央处理器的压力。这也意味着机器人可以同时做更多的事情，更像一个“真正的人”。
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目前面临的挑战
材料机器人研究代表了材料科学在分子或微观尺度上的垂直整合，目前面临着五大难关：材料合成；机械设计；系统集成；传感和控制；制造。
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材料合成主要是指人类通过创造合成相变材料、记忆材料、生物相容和降解材料等新材料来制造新型机器人。
相变材料(PCM - Phase Change Material)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。
就拿合成相变材料来讲，我们身边最常见的合成相变材料非水莫属，水在改变为固态或者液态的时候其温度也会随之发生变化。
由合成相变材料所制造而成的机器人很可能实现我们所期待的——不再只是冷冰冰的机器，而是转变为陪伴我们的“小棉袄”。
机械设计是指运用柔性材料制成机器人使其实现一些非线性的运动。
麻省理工学院（MIT）计算机科学与人工智能实验室主任 Daniela Rus 和她的学生们进行了一些相关的尝试，她们主要研制的项目是水下拍照机器人。
她发现传统的硬性材料制成的机器人在水中无法像鱼儿一样灵活的游动，其拍照的灵敏程度和自我保护能力也因此大打折扣。
如果采用硅酮这样的柔性材料，当周围环境对内部构造施加压力的时候，材料就会发生弯曲，发生弯曲就可以实现鱼尾的摆动。
这样的柔性材料可以推广运用于更广泛的领域，例如蛇形运动的机器、灵活扭曲的机械手等。
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系统集成类似于传统的机器人技术，但着重强调结合新材料和新功能。
比如将传感器、计算、存储和无线通信集成到橡胶的基板中，让汽车轮胎能够根据传感器所感应的路面状态信息与存储在基板“大脑”中的数据进行匹配，从而识别出不同地面和路面情况，针对不同的路面状况进行判断，从而让汽车驾驶变得更加安全。
传感和控制则是让机器学会对自己的“特异功能”进行反馈和控制。
例如当拥有集成传感功能的汽车轮胎感应到路面湿滑，那么其内部的反馈系统和控制系统就会给予提示，通过智能变换花纹等方式降低车速，确保驾驶员驾车的安全、稳定。
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制造是所有难关中最基础的问题，但也是最为重要的关键所在。
制造过程如果能够引入系统集成等新技术，比如将集成电路电子器件嵌入到超弹性和粘弹性的非线性材料中可以降低机器人制造的缺陷。
同时，大量吸收材料科学的最新研究成果，对促进机器人制造的稳定性大有裨益。现在比较成熟的3D打印技术便是很好的例子。此外，制造者对材料的深入理解和控制，将促进材料机器人研究的进一步发展。
3D打印的艺术造型
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未来的方向
随着机器人技术的进一步成熟和发展，材料机器人研究人数激增。究其缘由，除了材料机器人领域尚未完全成熟，其方法和材料易于操作之外，相对较低的门槛也是吸引人才涌入的重要原因。材料科学家和机器人专家通力合作，在已知的各种技术的基础之上攻克新的技术难关。
材料机器人目前只进行了概念验证，如何将这些概念逐渐转变为现实，还有很长的路要走。其关键在于需要将传感、驱动和计算能力紧密集成到可以自主学习和控制的材料中。
目前，材料科学家正在开发具有固定多功能性的新型材料原料，机器人专家正在开发具有紧密集成组件的新材料系统。这些想法的融合最终将产生新材料驱动的新型机器人。这将使得机器人在他们的身体中拥有大脑——廉价和无处不在的机器人将进入现实世界。
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除了文章中提到的，还有几款材料机器人目前已经研发成功或进入了重要阶段，我们搜集了一些相关资讯，一起来看看这些打破刻板印象的机器人：
其他材料机器人之一
2016年末，美国哈佛大学研制出了世界首台全部由软性材料制成的自主机器人，该机器人的长相酷似章鱼，名字叫“octobot”。
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这台机器人采用软性材料替代了包括电池和电子控制系统在内的所有刚性组件。软性材料采用3D打印技术制作，并在材料内部留有可布置电源和控制线路的通道。
octobot在空间狭小、非结构化环境下都可以完成复杂的任务——这样的特殊性让它在军事救援、微创医学、深海探测等人类设备很难触及的领域有更广阔的应用空间。——来源自《原来“材料”对于机器人如此重要》
其他材料机器人之二
现在的 MIT 实验室正计划研发一个无创手术机器人。这个机器人的材料必须用食品级的材料来做，因为要把机器人放到人的身体当中，而且它不能够被当作异物被身体排出去，当它进入到身体之后可以用 MRI 之类的东西来控制它，现在这样的机器人可以用于移除人身体内的异物，包扎伤口，以及精确送给药物。——来源自《机器人能成为电子羊么？》
其他材料机器人之三
2016年末，加州大学河滨分校的科研团队也发现了一种可“自愈”的机器人材料——一种具有自我修复功能，并且能够弹性伸缩的透明导电材料。这种材料如果应用到机器人身上，那么机器人便具有了自我修复能力。
这种橡胶类柔软材料成本低、易生产，能延展到初始长度的50倍。当剪断后，在室温下24小时内即能重新连接起来，且自愈后仅5分钟就能再次延展两倍。这种可自愈的材料非常适合应用于养老行业的医疗机器人等领域，并且让机器人更接近于生物设计。——来源自《原来“材料”对于机器人如此重要_搜狐科技》
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