目前來看，傳統(tǒng)的抓取裝置主要有機(jī)械手爪、吸盤等，其中機(jī)械手爪設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)、更新頻率較高、利潤(rùn)附加值較低，且難以適用于易損、易形變物體的抓取場(chǎng)景。吸盤同樣存在場(chǎng)景受限的問題，對(duì)表面不平整的物品很難抓取。

2011年，在學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了“軟體機(jī)器人”的概念，跟傳統(tǒng)機(jī)器人相比，它們不靠電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，更多是靠氣動(dòng)力。

商業(yè)化之路

從人體角度來看，肌肉的彈性系數(shù)與橡膠硅差不多，于是業(yè)界開始嘗試用軟塑料類的材料來做機(jī)器人，軟體機(jī)器人從而變成一種新想法。直到2012年，美國(guó)幾位教授用氣槍為塑膠通氣，研制出能夠執(zhí)行爬、跳等動(dòng)作的軟體機(jī)器人。

有了這些前沿探索后，業(yè)界開始看到軟體機(jī)器人的市場(chǎng)前景，用來做醫(yī)療機(jī)器人、穿戴機(jī)器人和機(jī)器人玩具等。

2013年，哈佛大學(xué)Whitesides研究小組的學(xué)者Carl Vause，從章魚中獲得靈感而發(fā)明了軟體機(jī)器人，并創(chuàng)辦了全球第一家將該技術(shù)商業(yè)化的美國(guó)企業(yè)Soft Robotics。

當(dāng)傳統(tǒng)機(jī)器人工程師正努力通過硬連桿、傳感器和伺服電機(jī)來滿足市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人柔性抓取的需求時(shí)，Soft RoboTIcs的技術(shù)可以說是一個(gè)大轉(zhuǎn)變。

Soft RoboTIcs CEO Vause介紹，其軟體機(jī)器人完全由聚合物制成，這是一種帶有微流體通道材料的專有混合物，不需要傳感器或其它機(jī)電裝置來操作，計(jì)算能力內(nèi)置在夾爪中。當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，它就可以模擬章魚的觸角來實(shí)現(xiàn)人手的取放能力。

結(jié)合歷史背景，加利福尼亞州薩利納斯的移民勞動(dòng)力減少，英國(guó)退歐對(duì)勞動(dòng)力自歐盟國(guó)家流入英國(guó)，澳大利亞“背包客”勞工監(jiān)管存在障礙，勞動(dòng)力日益稀缺已衍生為一個(gè)全球性問題。

“這個(gè)問題對(duì)世界各地的食品成本和供應(yīng)產(chǎn)生直接影響，因?yàn)槭称芳庸ず桶b的手工程度高，勞動(dòng)力成本占總成本比例高，且主要依賴低成本的移民勞動(dòng)力，因此生產(chǎn)者趨于自動(dòng)化來維持生產(chǎn)力。”Vause道出了首選食品領(lǐng)域切入市場(chǎng)的原因。

發(fā)展至今，不僅食品領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)、電子商務(wù)、零售業(yè)、物流業(yè)等都需要自動(dòng)化來滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求和解決勞動(dòng)力短缺的問題，還需要自動(dòng)化技術(shù)操控形狀多變和易碎的產(chǎn)品。Soft RoboTIcs在這類非結(jié)構(gòu)化、精密、頻繁變化的應(yīng)用環(huán)境中找到了用武之地。

除了Soft RoboTIcs，在軟性夾爪領(lǐng)域的企業(yè)還有我國(guó)的北京軟體機(jī)器人（SRT）和柔觸機(jī)器人。

SRT CEO高少龍說，團(tuán)隊(duì)從最早的科研構(gòu)想階段實(shí)驗(yàn)室就開始考慮市場(chǎng)應(yīng)用，即用于異形和易損物品的搬運(yùn)環(huán)節(jié)，協(xié)助解決柔性生產(chǎn)的問題。因此，最早期的目標(biāo)市場(chǎng)是食品和生鮮，后來逐漸拓展到3C、玻璃制品等，應(yīng)用在手機(jī)屏幕、邊框、電路板、汽車軟包電池、電腦外殼等抓取場(chǎng)景。

柔觸機(jī)器人CEO張帆則認(rèn)為，產(chǎn)品的良率和一致性主要與生產(chǎn)工藝相關(guān)，在汽車和半導(dǎo)體行業(yè)沉淀了多年的單機(jī)和整線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)B端客戶需求擁有較深了解后，柔觸通過集成商切入人力密集型、自動(dòng)化程度不高的行業(yè)，如物流、玩具、食品包裝、3C電子、汽車零部件、服裝紡織等。

“低門檻”是個(gè)誤解

關(guān)于軟體手的工作原理，較常見的驅(qū)動(dòng)方式為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，它決定了軟體手各單元內(nèi)部呈封閉的腔體結(jié)構(gòu)。當(dāng)正壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，軟體手各單元打開，夾爪握緊進(jìn)行抓??；當(dāng)負(fù)壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，軟體手各單元收縮，夾爪松開釋放物體。

張帆表示：“有些人覺得柔性手爪的技術(shù)比較好理解，所以很簡(jiǎn)單。其實(shí)壁壘包含各方面，這是一個(gè)結(jié)合材料，到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再到生產(chǎn)工藝，以及電氣控制原理的交叉學(xué)科?！?/p>

“如果客戶需要的是一個(gè)行業(yè)的解決方案，那就需要對(duì)客戶所處行業(yè)的工藝，比如節(jié)拍、定位精度、批次數(shù)量、理料方式等有充分了解?！睆埛珡漠a(chǎn)線設(shè)計(jì)角度指出，要把產(chǎn)品做好，設(shè)計(jì)出能為客戶創(chuàng)造價(jià)值的解決方案，并不簡(jiǎn)單。

為了應(yīng)對(duì)產(chǎn)線柔性以及產(chǎn)品質(zhì)檢能力的提升，柔觸除了提供完整的手爪套件和針對(duì)精密行業(yè)的“柔喙”系列產(chǎn)品，也推出了包括30多種單手指的模塊化設(shè)計(jì)平型組合套件。

而在高少龍看來，最大的壁壘則是“材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化”，他說道：“據(jù)我們所知，不少東莞小廠都仿制過，但是都失敗了?！?/p>

高少龍進(jìn)一步指出：“硅膠材料需要調(diào)質(zhì)，不同配方對(duì)應(yīng)不同制造工藝。內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則包括壁厚、內(nèi)腔結(jié)構(gòu)等，不同的結(jié)構(gòu)也會(huì)帶來不同的工藝和使用性能。”

“有點(diǎn)類似鑄件的概念，看著原理都不難，但是涉及的技術(shù)內(nèi)容較多，高品質(zhì)的鑄件企業(yè)也很少。相比鑄件企業(yè)，柔性體更難質(zhì)檢，如果技術(shù)不過關(guān)，會(huì)頻繁出故障，這就不只是良品率的問題了。”高少龍強(qiáng)調(diào)。

值得一提的是，夾爪產(chǎn)品與設(shè)備一次性銷售不同，因其“耗材”的特性，客戶會(huì)持續(xù)購買。

“吸盤的壽命多為10萬數(shù)量級(jí)，換算成實(shí)際概念就是，吸盤最少只能使用3-5天，最多也僅能使用一個(gè)月左右的時(shí)間。”高少龍表示，根據(jù)產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍不同，SRT產(chǎn)品的壽命可以達(dá)到300-600萬次，即使用2個(gè)月至1年。對(duì)于廠商來說，延長(zhǎng)檢修周期就意味著更長(zhǎng)的生產(chǎn)時(shí)間與更高的設(shè)備使用效率。

為了提升產(chǎn)品壽命，柔觸機(jī)器人對(duì)基礎(chǔ)材料進(jìn)行了改良，在高分子基體材料中加入了納米添加劑，旨在提升現(xiàn)有柔性材料的拉伸強(qiáng)度和耐磨性。

香港大學(xué)機(jī)器人研究院院長(zhǎng)王煜教授對(duì)軟體機(jī)器人技術(shù)壁壘的描述為：從原理、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、控制、傳感，做成一個(gè)完整的體系。

王煜教授進(jìn)一步分析，軟體機(jī)器人面臨著三大基礎(chǔ)問題：

第一，如何定義軟體機(jī)器人系統(tǒng)。剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)通過機(jī)械原理可以解決運(yùn)動(dòng)問題，而軟體相關(guān)運(yùn)動(dòng)理論至今仍屬空白；

第二，如何設(shè)計(jì)/控制柔性系統(tǒng)。軟體機(jī)器人具有無窮多自由度，在無法用鉸鏈和傳感的前提下，如何讓軟體機(jī)器人產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制是個(gè)難點(diǎn)；

第三，柔性系統(tǒng)制造的材料問題。目前3D打印可以把不同性能的材料混合起來以獲得較復(fù)雜的柔性系統(tǒng)，雖說可以抓蘋果、雞蛋、豆腐等，但在抓起物體快速移動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，缺乏剛性。此外，氣體驅(qū)動(dòng)、液體驅(qū)動(dòng)和壓電驅(qū)動(dòng)實(shí)際效果欠佳，驅(qū)動(dòng)材料依然是很大的瓶頸。

除了生產(chǎn)上的技術(shù)壁壘外，Soft Robotics設(shè)計(jì)出無需人工干預(yù)，也不需要增加訓(xùn)練、線下學(xué)習(xí)、抓取物品的3D模型，以突破應(yīng)用壁壘。

Vause認(rèn)為，傳統(tǒng)機(jī)器人被設(shè)計(jì)為非常有效地執(zhí)行單個(gè)任務(wù)，但是當(dāng)物品或任務(wù)發(fā)生變化時(shí)，它們需要傳感器和復(fù)雜的視覺系統(tǒng)來重新整合和編程，這也許就需要花費(fèi)數(shù)百小時(shí)和大量資金投入。

Soft Robotics利用材料科學(xué)和AI算法，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了自動(dòng)化解決方案和軟體機(jī)器人夾持系統(tǒng)，不需要傳感器或其他機(jī)電設(shè)備進(jìn)行操作，讓客戶已有的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)即插即用，并能靈活操控形狀、大小和重量各不相同的物體及易損物體。

如今，Soft Robotics的SuperPick系統(tǒng)能夠每小時(shí)進(jìn)行600多次的抓取。如果抓取失敗，使用一個(gè)基于瀏覽器的界面就可以人工遙控監(jiān)視。在2018年CES活動(dòng)上，Vause演示了如何糾正一個(gè)遠(yuǎn)在2700英里以外機(jī)器人的抓取錯(cuò)誤。

“世界上沒有機(jī)器人市場(chǎng)”

雖說夾爪是一個(gè)較前沿且實(shí)用的研究領(lǐng)域，但國(guó)內(nèi)卻鮮有企業(yè)專門對(duì)其進(jìn)行研發(fā)生產(chǎn)?！案咂焚|(zhì)柔性抓手的研發(fā)和生產(chǎn)難度較高，再加上這個(gè)市場(chǎng)暫時(shí)處于藍(lán)海階段，因此市面上可看到的產(chǎn)品并不多。”高少龍表示。

他說：“如果我們今天去做個(gè)平板，其實(shí)不那么復(fù)雜，我們可以先參照蘋果小米、華為的優(yōu)缺點(diǎn)。但做軟體機(jī)器人，市面上基本沒有可參照的產(chǎn)品形態(tài)和方向，唯有與客戶在應(yīng)用中一點(diǎn)點(diǎn)琢磨出來?！?/p>

張帆表示同意：“現(xiàn)在柔性手爪是一個(gè)新事物，一方面我們?cè)诮逃蛻?，另一方面我們也在被客戶教育。教育客戶是指，我們需要推廣產(chǎn)品，介紹產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)；被客戶教育是指，客戶提出的具體需求也是我們產(chǎn)品升級(jí)和迭代的方向?！?/p>

王煜教授也認(rèn)為，軟體機(jī)器人要越來越多，在解決小問題上多多少少有進(jìn)展后，這些成功案例和經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚵诤?，促進(jìn)軟體機(jī)器人的理論發(fā)展。

軟體機(jī)器人有很多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)在研究，事實(shí)上仍存在泡沫化的風(fēng)險(xiǎn)。“一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)如果找不到應(yīng)用場(chǎng)景，就無法進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，那耗時(shí)耗資的研發(fā)就沒有太大意義，甚至?xí)屝袠I(yè)進(jìn)入低谷期，減少產(chǎn)出，學(xué)者也會(huì)轉(zhuǎn)移他們的學(xué)術(shù)興趣?！备呱冽堉赋觥?/p>

以Vause的話來說：“世界上沒有機(jī)器人市場(chǎng)，只有正好可以通過機(jī)器人技術(shù)解決問題的市場(chǎng)?！睓C(jī)器人和機(jī)器人技術(shù)必須解決未被滿足的需求，才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。當(dāng)產(chǎn)學(xué)研將重心從只需要機(jī)器人承擔(dān)的工作轉(zhuǎn)移到人機(jī)協(xié)作上，當(dāng)把柔性機(jī)器人夾取系統(tǒng)與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合時(shí)，也許就會(huì)發(fā)生一系列令人驚奇的事情。