ED Yong日前发表了一篇名为A New Kind of Soft Battery, Inspired by the Electric Eel的文章，介绍了现在刚研发出来的一种模仿电鳗发电机制的软体电池，让人不禁感慨自然界的神奇。
1799年，意大利科学家Alessandro Volta（伏特）用锌和铜做了一个手臂长度的电池堆，锌和铜是用盐浸的纸壳分开的。这个“电流堆”是世界上第一个合成电池，但是Volta的设计基础却很古老——电鳗的身体。
电鳗可以通过发电器官来自我发电，发电器官占到了其两米长身体的80%。发电器官含有数千个特殊的肌肉细胞，名为发电细胞。每个细胞可以产生一个小小的电压，但是合在一起，这些细胞可以产生600伏左右的电压，足以电死一个人，甚至一匹马。这些细胞也使Volta在电池研发中有了更多思路，也让他享誉盛名。
两个世纪之后的今天，电池已经成为了不可或缺的日用品。但即使是现在，电鳗还在为科学家提供灵感。在弗里堡大学，由Michael Mayer带领的科研队伍创造了一种新的动力源，模仿的就是电鳗的发电器官。其含有多种颜色的凝胶块，呈长条排列，很像电鳗的发电细胞。想打开电池，只需要一起按压这些凝胶。
与传统电池不同，这个团队设计的电池又软又灵活，可能会为下一代的软体机器人供能。因为材料更贴合人体，电池也可能用于制造下一代的起搏器、修复物质和医学植入物。想象一下，以后有电隐形眼镜的灵感竟然来自于一条鱼。
为了研制这种不同寻常的电池，团队成员Tom Schroeder和Anirvan Guha在开始时阅读了大量关于电鳗发电细胞如何运作的资料。这些细胞以长条状堆叠，细胞之间被液体填充。就好像把抹了蜂蜜的薄饼一层一层堆起来，堆到很高，然后把它放倒，就和这个电池很像了。
电鳗休息的时候，每个发电细胞都会把阳离子从背面和正面泵出去，产生两个相反的电压，互相抵消。但电鳗需要电的时候，发电细胞的背面就会翻过来，向相反的方向泵出阳离子，就会产生一点电压。关键的是，每个发电细胞都会同时完成这个操作，所以加起来的电压是十分高的。就好像电鳗的尾巴里有几千个小电池，其中有一半的方向是反的，但是它们可以同时翻转，产生电压。“这简直太神奇了，” Schroeder说
他和同事本来想在实验室里重塑整个发电器官，但是很快就意识到那太复杂了。之后，他们想到可以制造大量的细胞膜来模仿发电细胞堆，但是这些材料无法大量操作，因为如果一个破了，整个系统就会停摆。Schroeder说：“这样会遇到‘串联小灯泡’的问题，一个灯泡坏了，一串灯泡都不亮了。”
最后，他和Guha选了更简单的一种装配方式，在两片板材上排列放置凝胶块。请看下图中的底板，红色凝胶含有盐水，蓝色的含有淡水，离子可以从红色凝胶流到蓝色凝胶，但是由于凝胶是分散的，所以离子并不能流动。当另一块板材上的绿色和黄色凝胶桥连上红蓝凝胶之间的缝隙时，离子就有了移动的通道。
厉害的地方来了：绿色凝胶块只允许阳离子通过，黄色的只允许阴离子通过。也就是说阳离子只能从一边流入蓝色凝胶，阴离子则从另一边流入，蓝色凝胶周围就会产生电压，就像发电细胞一样，而且每个凝胶块会产生一个小电压，但是数以千计的凝胶块成行排列，最高可产生110伏的电压。
在电鳗神经元发出信号后，电鳗的发电细胞就会开始放电。但是Schroeder的电池开关就简单很多了，只要把凝胶积压在一起就可以。
承载凝胶的板材过大会很不方便。但是密歇根大学的工程师Max Shtein提出了一个聪明的解决办法——折纸。用把太阳能板放进卫星的折叠方式来折叠凝胶板，然后把每个颜色的顺序排好，这样整个电池所占的空间就会小很多，大小只有隐形眼镜那么大，说不定哪天真的可以佩戴到身上。
但对现在来说，这种电池必须要具备充电功能。电池一旦激活，可以供电几小时，之后整个凝胶中的离子会趋于平衡，电池也就没电了。之后你需要把电池通上电，让凝胶回到高盐度和低盐度排列的状态。但Schroeder指出我们的身体会持续地补充离子含量不同的液体，或许有朝一日我们可以利用这些液体来制造电池。
重要的是，这会让人体变得像电鳗一样。我们不太可能会电死其他人，但是我们可以利用体内的离子原料为小的植入物供能。当然，Schroeder还说这只是一个初步的设想，并没有一个实际的计划。他说：“很多东西因为很多原因无法实现，所以我也不想抱有太大的期望。”
范德堡大学的Ken Catania花了很多年来研究电鳗的生物学原理，他认为这个设想也不是不合理。“Volta的电池不仅仅可以装进手机里，你看现在，我们都已经离不开电池了，”他说。“历史可能会再现。”
他补充道：“我很惊讶电鳗能为科学届带来这么多贡献，这对基本的科学价值观来说，是一个很好的范例。” Schroeder只在动物园里见过电鳗，但他想有一天去亲自看看电鳗。“我从来没被电鳗电过，但我觉得我应该被电一下试试，”他说。
软体机器人盘点
一、章鱼型
章鱼没有内外骨骼，八只爪子能灵活的够伸向各个方向，能紧紧地缠绕物体，能自由伸长或缩短、变软或变硬。能随着环境的变化自如地变化着身体。
章鱼机器人的用途很广，它能帮助人类进行水下修理。当船底破损，修理是一件危险、困难、昂贵的事。但是，章鱼机器人能完美地帮人类解决这个问题。
章鱼还拥有很高的智商。相比于其他的软体动物，章鱼的大脑和神经系统发展地更为完善，不过仍然有着自己的限制。
1、Octobot
Octobot是一款利用3D打印技术出来的外形酷似章鱼的机器人，它不需要电力便可以自主运动。只有手掌般大小，是一款各个构件都没有使用硬性材料的自动机器人，其材料成本不到3美元。
Octobot由硅橡胶制成，不靠电来驱动，而是通过化学反应产生的大量气体聚集压缩，借助压强变化，实现机械臂的运动。
Octobot是世界上首个全软体机器人。不仅机器人的躯干和致动器是柔性材料，连控制系统和电源也使用柔性材料，无需再受外置电缆的牵制。
Octobot的“大脑”部分是柔性微流体回路，可以用由压强激活的阀门和开关，在通道内传导过氧化氢溶液，它会与铂反应生成大量的水和氧气，从而改变通道内的压强。
章鱼机器人的机械臂受到突然增大的压强影响，会膨胀舒展，从而实现机械臂的运动。排气孔同时保证氧气最终会通过排气孔排出。
据了解，Octobot可成为理想的救援机器人。
2、Posei Drone
对于一般的机器人来说，四肢的每一个自由动作需要一个制动器，但是这款章鱼机器人拥有自由来应用控制策略。
团队尊重章鱼的进化特征，来打造不需要复杂控制指令的机器手臂。首先，制作了数学模型，来测试不同层面的手臂设计.
包括运用材料的不同密度、坚硬度、形状、人造肌肉的放置位置等等，所有这些因素需要结合水下的环境来具体问题具体分析。
设计这款章鱼机器人的过程中，团队发现它的构造其实很简单。进一步实验，发现要控制章鱼机器人只要模仿真实海洋动物的活动方式来打造它。
就成功打造了一个章鱼机器人原型，用电缆来取代SMA，用硅树脂来打造章鱼爪，每一只爪子中包含一支钢制电缆。
它能自动拉长或是缩短。爪子的每一个简单动作都能提供能量。这款章鱼机器人的原型叫做Posei Drone。
3、软体章鱼机器人
希腊的研究人员使用硅胶树脂和蹼，研制出了一种章鱼机器人。
这种机器人简直可以同实体相媲美，甚至可以骗过水里的鱼——它们游动时会有些小鱼跟在后面。
和之前用硬塑料做的实验品相比，这个机器人可以移动得更快。虽然还没有真的章鱼游得那么快，但对于这个尺寸的机器人来说，已经超乎人们的想象了。
研究人员相信，如果给这个机器人装上摄像头的话，与普通机器人和人类相比，它就可以在没有干扰的情形下观察海底动物。
二、管型
能捉昆虫的机器人
据悉，来自美国爱荷华州立大学的研究人员发明了一种微型软管触手机器人，它又软又小，可以困住蚂蚁大小的昆虫但并不会弄死。
负责这个项目的电气/计算机工程师Jaeyoun表示，微型机器人和柔性机器人已经成为目前机器人领域中的新趋势。
他们所发明的微型软管触手机器人采用聚二甲基硅氧烷材料制造，长度约为8毫米，而宽度甚至还不足1/100英寸，软管内部则是由特殊线圈所构成的动力系统。
未来，这款微型机器人很有可能会被用于医疗领域。
三、星型
软体充气机器人
据了解，在过去的十几年里，手术机器人已经较为广泛的应用到了医疗手术中，比如，前列腺摘除、子宫摘除等手术机器人就发挥了优势。
可以说机器人在医疗当中的应用越来越广泛，但是使用机器人做手术也有很大风险，并且成本也非常高。
美国哈佛开发出的软体机器人在医疗上的作用是非常明显的，在该机器人的色彩层上涂上了一层会发光的化学物质。
这种机器人是用有弹性的塑料材料制成的，并且在内部还注入了压缩性的空气，对机器人进行控制。
传统的金属性质的机器人是通过比较复杂的反馈的机制来完成手术操作的，缺点是这有可能会破坏人体的组织。
而这种软体机器人使用橡胶制成的，这样就减少了手术给人体造成的创伤的可能性。
另外，借助医疗设备，这种橡胶机器人能够进入到较小的空间内，还能够改变自己的形体，这样就能够适应一些负责手术的要求。
四、履带型
来自波兰华沙大学物理学院的研究人员就成功研发了一个15mm软体机器人。
这是一款由液晶弹性体（LCEs）制成的软体机器人，LCEs暴露在可见光下时会发生形状的改变。
如果感受到外界的光源，机器人的形状就会发生改变，变成履带一样，有了光的照射其身体也会相应的收缩进而推动身体进行移动。
据了解，通过对光源的控制，该软体机器人能完成各种特殊的任务，例如爬陡坡、钻进极其狭小的空间。
最不可思议的是，虽然体型不大，但它能四两拨千斤移动比它个头大10倍的物体，如果在这种机器人身上安装一个摄像机或者麦克风，甚至还可以应用于间谍活动。
五、其它
浙江大学举办过一次“软体机器人比赛”，可以说，软体机器人的这些应用在不久的未来将出现在人们的生活中。
比赛的一个主要项目是比拼软体机器人的爬行速度，并测试它是否能越过小的障碍和坡度。
在比赛现场，可以看到，底部用硅胶制作的类似坦克履带的NOOMY软体机器人，不过手掌大小，利用电驱动，顺利地通过由4块黄色塑胶板拼成的1米多长的“跑道”，用时50秒左右。
还有形状像毛毛虫的尺蠖软体机器人，它利用气动的原理缓慢向前蠕动，选手可以人工控制机器人的前进速度。
在另一个比赛项目中，选手们展示软体机器人概念性的工业设计，比如极视眼、软软按摩机器人等。它们需要有更多技术支持来变为现实。
软体机器人能做很多刚性机器人无法做到的事情，其发展是机器人的一个必然的趋势。
虽然说，一直以来，灾险救援、极端环境探测时传统机器人的刚性材料经不起撞击，会在未知复杂的环境中拖后腿。
但是，不管什么时候软体机器人都不能完全取代刚性机器人。未来，软体机器人和刚性机器人必定是相辅相成，共同在人类社会中发挥作用的。
本文由科技工作者之家平台编创，内容整理自中国机器人网，图片来源于网络。
