“仿生”这个词会让人联想到科幻的幻想。但事实上，仿生系统——工程学和机器人学与生物学（人体）的结合——正在当下变为现实。
上了年纪，走路不稳了？你需要一个仿生外骨骼。爬楼梯有困难？试试仿生动力裤。让这些仿生系统普及的最大挑战在于我们希望在各种各样的情况下使用它们，以及人类行为和人体自身的巨大差异。目前还没有一种“一刀切”的解决方案。
因此，我们仿生未来的关键在于适应性：我们需要制造能够适应我们环境和我们自身的仿生设备。要做到这一点，我们需要结合三种重要的技术：传感、计算和驱动。
传感可以通过直接记录大脑、神经和肌肉活动的传感器来实现，也可以通过使用加速度计等穿戴设备来间接测量我们四肢的运动。然后，计算机将这些信息与人类行为模型联系起来——通常是根据用户如何移动的个人信息量身定制——并预测用户即将发起的动作。在最后阶段，计算机系统利用这些预测将能量输送给一系列动力驱动器。这个驱动步骤提供了所需的辅助和支持，并不断适应我们变化的身材和变化的环境。
目前，大多数仿生辅助设备由金属和塑料等刚性材料制成，并由传统的电机和齿轮箱驱动。这些技术已经成熟，但它们的硬度和刚性可能是一个很大的缺点。在自然界中，肌肉和皮肤等软材料占主导地位，作为人类，我们发现软材料很舒服，比如牵手或坐在沙发上。
仿生喇叭裤的软体机器人技术
新兴的“软体机器人”技术有潜力克服传统硬体仿生学的局限性。顾名思义，这些系统采用了更自然地与人体协同工作的柔软、柔顺的材料。它们不是使用刚性金属和塑料，而是使用弹性材料、橡胶和凝胶。它们不是由电机和齿轮箱驱动，而是由智能材料驱动，这些材料在受到电刺激等刺激时会弯曲、扭曲和拉伸。
这些智能材料可以模仿生物肌肉的收缩，通常被称为“人造肌肉”。随着这些进步，我们现在有能力创造出全新、适应性强的仿生设备，用于辅助和康复，包括智能仿生裤。
工程与物理科学研究理事会最近宣布向旨在开发下一代适应性仿生设备的研究投资 530 万英镑。这笔资金将用于开发软体机器人智能裤，帮助残疾和老年人保持活动能力和独立性。
智能裤项目的目标——这是布里斯托大学、利兹大学、诺丁汉大学、南安普顿大学、斯特拉斯克莱德大学、拉夫堡大学和西英格兰大学之间的一项重大合作——是展示全自动智能服装的可行性。例如，在从椅子上站起来或爬楼梯时，智能裤将能够监测穿着者的意图并自动提供动力辅助。
当然，这不仅仅是一个技术演习。软体机器人服装需要舒适、易于穿戴、卫生且时尚。这些都是需要最终用户直接参与的重要考虑因素，该项目将在其整个周期内与目标最终用户和临床专家密切协商。
智能裤的未来可能在于与人体的更紧密集成。通过在皮肤下植入监测神经信号的传感器，可以测量到有关用户意图的更精确的信息。这将使未来的设备与穿着者建立更自然的关系。
维也纳医科大学的近期工作展示了这种方法的潜力，其中三名严重手部受伤的患者自愿截肢并替换为由自身神经信号控制的功能性假肢。随后，他们能够执行比移植前更复杂的日常物品操作。
这些令人兴奋的新技术有望迎来软体机器人可穿戴仿生设备的新时代，用于辅助和康复，这些设备能够与我们脆弱的身体和谐共处并适应它们。
Jonathan Rossiter 是布里斯托大学工程数学系的成员，也是软体机器人小组的负责人。
本文最初发布于The Conversation。阅读原文。
