軟Q機器章魚
"章魚聰明又靈巧，如果可以做出像章魚一樣柔軟的機器人，未來機器人將變得靈活又多功能！ "
撰文／柯瑞吉（Katherine Harmon Courage）
翻譯／周坤毅
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重點提要
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章魚是海中最複雜、怪異且聰明的生物。牠能鑽過比硬幣還小的洞，觸腕拉力高達數百公斤，還能瞬間改變皮膚的顏色與紋理。儘管腦袋只有胡桃那麼大，卻聰明到能夠打開兒童安全藥瓶，取出瓶中的美味蟹肉大快朵頤。章魚的多才多藝令人印象深刻，讓許多工程師不禁想問：「我們能不能造出類似章魚的機器人？」
「章魚整合計畫」的目標便是回答這個問題。這個跨國合作的研究團隊希望能造出有如真正軟體動物一般的全自動機器章魚，達成傳統堅硬機器人無法做到的任務。
雷斯奇（Cecilia Laschi）負責統籌這個計畫，她是義大利聖安娜高等研究院的仿生機器人研究員，她與同事在2010年共同完成一具章魚觸腕原型，軀體的的仿生機器人研究員，她與同事在2010年共同完成一具章魚觸腕原型，軀體的其他部份目前還在製作中，最終希望創造一款能像章魚般在水底移動並鑽入狹小空間的機器人，這對研究、救援與探索任務都非常重要。但這項計畫最令人興奮的目標，或許是證明全柔軟機器人的可行性。
我搭乘火車前往拜訪雷斯奇位於比薩近郊利佛諾的實驗室。她團隊的研究員之一，同時也是仿生機器人博士瑪格利（Laura Margheri）帶領我進入海邊的小實驗室。利古里亞海的微風從敞開的側門徐徐吹入，港灣內的船隻映入眼簾。幾位研究生與博士後研究員在成排的工作站電腦上孜孜不倦地修改機器人原型。實驗室最裡面的中央有一座巨大的海水缸，缸內有岩石、海星與一隻年老但活力十足的章魚。牠名叫安德列諾（Andreino），以紀念抓到牠的前研究員。
瑪格利不斷測試章魚的本能，希望能在機器人身上模擬出來。她設計出幾個巧妙的實驗，看看章魚肌肉發達的觸腕能伸多長。其中一項實驗是章魚得用長觸腕抓取放在長管內的食物，牠在幾天內只需五次訓練，便能學會這項技巧。接著，瑪格利把食物放在長管的更深處，並測量這些像舌頭般的觸腕能伸多長，結果發現觸腕約能伸展到原本長度的兩倍，這是極大的工程挑戰。
計畫負責人雷斯奇的背景是較為傳統的機器人學，她解釋道：「我比較熟悉擁有堅硬關節的機器人。」她與神經科學家共事的過程中，學到許多關於人類大腦如何協調身體的知識，並開始對傳統僵硬的機器人缺乏類似肌肉組織這件事感到失望。因此她聯合其他具有生物學背景的同事，開始規劃一項大膽的柔軟機器人計畫。有什麼比章魚更適合做為模仿對象？她說：「所有生物都擁有軟組織，但章魚非常特別，因為除了口器外，牠全身上下都是軟組織！若能達到這個極限，其他難題也將迎刃而解。」美國哈佛大學的團隊發明一款模仿章魚的四足機器人，能在陸地上緩慢移動，甚至緩慢改變身體的保護色，但仍需外接氣源與液壓幫浦，並得靠外部控制來導引方向。
為了從內到外澈底模仿章魚，雷斯奇的團隊採用超音波技術從章魚體內觀察觸腕與運作中的肌肉，實驗室的另一位仿生機器人學家辛雀提（Matteo Cianchetti）表示：「這項技術協助我們解開章魚觸腕如何運動的奧秘。」章魚觸腕內沒有骨骼，是由三組肌肉組成彈性結構，能自由改變方向、長度甚至剛性。為了模仿章魚肌肉，研究人員採用記憶合金鍛造鋼索與彈簧，用電流加熱時會彎曲、冷卻後便會回復原本形狀。
儘管章魚肌肉能大幅伸展超過原始長度，但觸腕中心的神經索無法延展，因此每束神經都摺疊成曲折的之字形，有點像是手風琴，當觸腕伸長時便能隨之展開。在活體章魚的啟發下，瑪格利的團隊也在機器人手臂中心安裝摺疊成波浪狀的訊號線。
