软机器人因其固有的安全性、高韧性和潜在的低成本特性，在众多应用领域展现出巨大潜力。然而，与机器人领域的其他方面相比，软机器人的发展速度相对较慢，这主要是因为软机器人无法直接从过去几十年计算能力、传感器和执行器可用性的显著提升中获益。因此，研究人员不得不另辟蹊径，利用柔软材料和兼容的能源来实现传统机器人部件的功能。

在最新一期的《科学机器人》杂志中，加州大学圣地亚哥分校的研究团队展示了一种四足软步行机器人。该机器人采用类似乌龟的步态，由一组由管子和阀门构成的气动回路系统控制。这种气动神经系统能够从单一气源中依次激活多个自由度，大幅简化了系统结构，并在机器人内部引入了基础的决策机制。

通常情况下，当我们提到软机器人时，它们并非完全由软材料制成。一些关键部件，如压力源和负责控制不同软执行器之间压力分配的必要电子元件，难以实现完全的柔软化。这个机器人的一大亮点在于研究团队巧妙地利用单一的压力源（可以通过一根连接线或车载CO2罐实现）并通过全软材料制成的振荡三阀电路，将其导向四个不同的腿部，每个腿部包含三个不同的气室。

这一创新灵感源于生物学。自然界中的四足动物及其他生物利用称为中枢模式发生器（CPG）的神经组件来控制用于行走、飞行和游泳的四肢的重复运动。CPG本质上是一个重复回路，按顺序驱动肌肉，以形成稳定、连续的步伐。在这个案例中，气动肌肉以对称配对的方式被驱动，形成了对角线耦合步态，即对角线相对的肢体同步前后移动。

气动回路本身由三个双稳态气动阀通过管道连接而成。管道作为延时装置，通过调节管道的长度和内径来调整气体流动的阻力。在回路内部，加压气体的流动不仅提供能量，还充当信号，指示各个腿部的动作。最简单的电路仅需三个阀门即可保持机器人单向行走，但更多阀门则可以实现更复杂的腿部控制。例如，研究团队利用七个阀门调整步态的相位偏移。即使增加一个稍微复杂的设计阀门，也能使系统逆转，使机器人根据软传感器的输入向后行走。通过另一个复杂的阀门，手动控制器还可以实现全方位移动。

这项研究与NASA喷气推进实验室正在开发的用于探索金星的漫游车有着一定的相似之处。尽管后者不是软机器人，但在类似的限制条件下运作，无法依赖传统的电子系统进行自主导航或控制。事实上，有许多巧妙的方法可以利用机械（或在这个例子中是气动）智能来制造具有复杂自主行为的机器人。未来，软机器人（或接近软的机器人）可能在那些使用非柔顺系统的场景中找到重要应用。

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编译：J<4

编辑：Zero