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

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

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器人，軟體機器人從而變成一種新想法。直到2012年，美國幾位教授用氣槍為塑膠通氣，研制出能夠執(zhí)行爬、跳等動作的軟體機器人。

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

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)明了軟體機器人，并創(chuàng)辦了全球第一家將該技術(shù)商業(yè)化的美國企業(yè)Soft Robotics。

當(dāng)傳統(tǒng)機器人工程師正努力通過硬連桿、傳感器和伺服電機來滿足市場對機器人柔性抓取的需求時，Soft Robotics的技術(shù)可以說是一個大轉(zhuǎn)變。

Soft Robotics CEO Vause介紹，其軟體機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電裝置來操作，計算能力內(nèi)置在夾爪中。當(dāng)啟動時，它就可以模擬章魚的觸角來實現(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力減少，英國退歐對勞動力自歐盟國家流入英國，澳大利亞“背包客”勞工監(jiān)管存在障礙，勞動力日益稀缺已衍生為一個全球性問題。

“這個問題對世界各地的食品成本和供應(yīng)產(chǎn)生直接影響，因為食品加工和包裝的手工程度高，勞動力成本占總成本比例高，且主要依賴低成本的移民勞動力，因此生產(chǎn)者趨于自動化來維持生產(chǎn)力?！盫ause道出了首選食品領(lǐng)域切入市場的原因。

發(fā)展至今，不僅食品領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)、先進制造業(yè)、電子商務(wù)、零售業(yè)、物流業(yè)等都需要自動化來滿足日益增長的市場需求和解決勞動力短缺的問題，還需要自動化技術(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)還有我國的北京軟體機器人（SRT）和柔觸機器人。

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

柔觸機器人CEO張帆則認為，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)沉淀了多年的單機和整線設(shè)計經(jīng)驗，對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”是個誤解

關(guān)于軟體手的工作原理，較常見的驅(qū)動方式為氣動驅(qū)動，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)動時，軟體手各單元打開，夾爪握緊進行抓取；當(dāng)負壓驅(qū)動時，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，所以很簡單。其實壁壘包含各方面，這是一個結(jié)合材料，到結(jié)構(gòu)設(shè)計，再到生產(chǎn)工藝，以及電氣控制原理的交叉學(xué)科。”

“如果客戶需要的是一個行業(yè)的解決方案，那就需要對客戶所處行業(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)計角度指出，要把產(chǎn)品做好，設(shè)計出能為客戶創(chuàng)造價值的解決方案，并不簡單。

為了應(yīng)對產(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>

高少龍進一步指出：“硅膠材料需要調(diào)質(zhì)，不同配方對應(yīng)不同制造工藝。內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計則包括壁厚、內(nèi)腔結(jié)構(gòu)等，不同的結(jié)構(gòu)也會帶來不同的工藝和使用性能?！?/p>

“有點類似鑄件的概念，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)，會頻繁出故障，這就不只是良品率的問題了?！备呱冽垙娬{(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，客戶會持續(xù)購買。

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

為了提升產(chǎn)品壽命，柔觸機器人對基礎(chǔ)材料進行了改良，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度和耐磨性。

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

王煜教授進一步分析，軟體機器人面臨著三大基礎(chǔ)問題：

第一，如何定義軟體機器人系統(tǒng)。剛體運動學(xué)通過機械原理可以解決運動問題，而軟體相關(guān)運動理論至今仍屬空白；

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

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時會發(fā)生抖動，缺乏剛性。此外，氣體驅(qū)動、液體驅(qū)動和壓電驅(qū)動實際效果欠佳，驅(qū)動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認為，傳統(tǒng)機器人被設(shè)計為非常有效地執(zhí)行單個任務(wù)，但是當(dāng)物品或任務(wù)發(fā)生變化時，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，這也許就需要花費數(shù)百小時和大量資金投入。

Soft Robotics利用材料科學(xué)和AI算法，設(shè)計并構(gòu)建了自動化解決方案和軟體機器人夾持系統(tǒng)，不需要傳感器或其他機電設(shè)備進行操作，讓客戶已有的機器人實現(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)能夠每小時進行600多次的抓取。如果抓取失敗，使用一個基于瀏覽器的界面就可以人工遙控監(jiān)視。在2018年CES活動上，Vause演示了如何糾正一個遠在2700英里以外機器人的抓取錯誤。

“世界上沒有機器人市場”

雖說夾爪是一個較前沿且實用的研究領(lǐng)域，但國內(nèi)卻鮮有企業(yè)專門對其進行研發(fā)生產(chǎn)?！案咂焚|(zhì)柔性抓手的研發(fā)和生產(chǎn)難度較高，再加上這個市場暫時處于藍海階段，因此市面上可看到的產(chǎn)品并不多?！备呱冽埍硎?。

他說：“如果我們今天去做個平板，其實不那么復(fù)雜，我們可以先參照蘋果小米、華為的優(yōu)缺點。但做軟體機器人，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)用中一點點琢磨出來。”

張帆表示同意：“現(xiàn)在柔性手爪是一個新事物，一方面我們在教育客戶，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；被客戶教育是指，客戶提出的具體需求也是我們產(chǎn)品升級和迭代的方向。”

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

軟體機器人有很多大學(xué)和科研機構(gòu)在研究，事實上仍存在泡沫化的風(fēng)險?！耙豁梽?chuàng)新技術(shù)如果找不到應(yīng)用場景，就無法進入商業(yè)化運營，那耗時耗資的研發(fā)就沒有太大意義，甚至?xí)屝袠I(yè)進入低谷期，減少產(chǎn)出，學(xué)者也會轉(zhuǎn)移他們的學(xué)術(shù)興趣。”高少龍指出。

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