原標(biāo)題：不到90秒輕松通過第一關(guān)！這款3D打印軟體機器手 竟是超級馬里奧的高級玩家 

　　作為闖關(guān)小游戲的鼻祖，任天堂的超級馬里奧系列游戲經(jīng)久不衰，可謂是老少皆宜、承載著童年回憶的經(jīng)典存在了。任天堂推出這款游戲時，也可能想到了它會在人類中風(fēng)靡，不過他們一定沒想到，有一天，它甚至被機器人玩起來了。

　　究竟是怎么回事呢？

　　近日，來自馬里蘭大學(xué)的研究團隊及其合作者使用 3D 打印技術(shù)做出了一只軟體機器手，它基于流體晶體管技術(shù)，不僅易制造、易操控，還非常靈活，靈活到可以通關(guān)超級馬里奧的程度了

　　在演示中，研究團隊設(shè)計了一個集成流體回路，設(shè)定程序的引導(dǎo)會使其自動在關(guān)閉壓力和施加低、中和高壓力之間切換，從而使得軟體機器手能夠按下控制器上對應(yīng)的按鈕。當(dāng)施加低壓力時，機器人只會用食指按壓任天堂控制器使馬里奧前行，施加高壓力則會讓馬里奧跳躍。最后，它成功在不到 90 秒的時間內(nèi)通過超級馬里奧游戲第一關(guān)！

　　相關(guān)研究論文已于 7 月 14 日登上了科學(xué)期刊 Science Advance 封面，堪稱是“ 軟體機器人 ”領(lǐng)域內(nèi)的一項重要創(chuàng)新。目前，該團隊正在嘗試和探索將這項技術(shù)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如康復(fù)設(shè)備、手術(shù)工具和可定制假肢等的設(shè)計。

　　（來源：Science Advance）

　　軟體機器人的關(guān)鍵——控制流體

　　相較于傳統(tǒng)的剛性機器人，軟體機器人往往具有較高的安全性和適應(yīng)性，這極大地激發(fā)了人們將其應(yīng)用在假肢和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等方面的研究興趣。

　　但事實上，要讓這些軟體機器人實現(xiàn)彎曲，甚至移動，往往需要通過控制周圍環(huán)境中的流體的方式來實現(xiàn)，這是非常困難的，科學(xué)家們一直沒能找到比較好的解決辦法。

　　而在此次研究中，研究團隊則利用‘ 流體晶體管 ’準(zhǔn)確實現(xiàn)了機器手的動作控制。首先，研究團隊設(shè)計了三個晶體管結(jié)構(gòu)，這些晶體管可以看作是軟體機器手的三根“手指”，每一根“手指”內(nèi)部由流體晶體管和可浮動的圓盤組成，該結(jié)構(gòu)頂部設(shè)有小孔。流體晶體管可以通過內(nèi)部液態(tài)合金的流動來控制電路的打開與關(guān)閉。

　　圖 | a）內(nèi)部構(gòu)造；b）流體“正向流動”電路狀態(tài)；c）流體“反向流動”電路狀態(tài)（來源：論文）

　　簡單來說，隨著外部施加壓力的大小，流體晶體管內(nèi)部的流體會發(fā)生變化，從而控制電路，影響可浮動圓盤的位移大小，最終完成“手指”伸展、收縮等動作。通過集成流體電路，研究團隊不僅能夠便捷、快速地使用流體準(zhǔn)確控制機器手的彎曲與移動，還增加了便攜性和實用性。

　　此外，軟體機器手的三根“手指”的物理特性不同，隨著外部壓力的增加，第一根手指率先開始出現(xiàn)垂直位移，后兩根手指則緩慢開始位移。這就意味著，只需要一個壓力輸入，就能完成三根手指的調(diào)度與配合。

　　3D 打印技術(shù)“ 一步到位 ”

　　不過，此次研究的成就顯然不止于此。

　　正如共同第一作者 Ruben Acevedo 博士所說：“實際上，近年來也有一些團隊在試圖利用流體電路來增強軟體機器人的自主性。但是，從構(gòu)建這些流體電路，到將其與機器人集成，整個方法流程可能需要數(shù)天到數(shù)周的時間，這需要較多的人力投入以及較高的技術(shù)水平。”

　　而為了克服這些障礙，研究團隊使用了“ PolyJet ”3D 打印技術(shù)，PolyJet 打印是一種基于噴墨（“材料噴射”）的過程，在該過程中，多種材料并行分配（類似于我們平時使用彩色打印機的原理），以逐行、逐層的方式打印出 3D 對象。

　　打印完成后，研究團隊只需要花上十多分鐘的時間將多余材料手動去除并進行溶解，就可以得到最終產(chǎn)品。

　　只需按下“開始”按鈕，研究團隊就可以在一天之內(nèi)打印出一個完整的軟體機器人——包括所有的軟體執(zhí)行器、流體電路元件和外觀部件。

　　因此，這種 3D 打印方法可以說是“一步到位”，大大減少了制造難度和時間耗費。

　　為什么要挑戰(zhàn)“ 超級馬里奧 ” ？

　　實際上，研究團隊使用軟體機器手挑戰(zhàn)“超級馬里奧”，并不僅僅是為了樂趣，同時也是出于科學(xué)考量。

　　因為任天堂的超級馬里奧游戲的時間安排與關(guān)卡構(gòu)成是確定的，中途出現(xiàn)一個錯誤就可能導(dǎo)致整個游戲立馬 game over。因此，玩超級馬里奧提供了一種評估軟體機器人性能的新方法，這種方法具有獨特的挑戰(zhàn)性。畢竟，在此之前，還沒有軟體機器人成功玩過這類游戲。

　　如今，研究團隊已經(jīng)將所有的科研材料與程序設(shè)計開源，GitHub 項目中包含工作的所有電子設(shè)計文件。

　　論文通訊作者、馬里蘭大學(xué)機械工程助理教授 Ryan D. Sochol 表示：“我們希望這種開源的 3D 打印策略將擴大具有集成流體電路的軟機器人的可訪問性、傳播性、可重復(fù)性和應(yīng)用范圍，進而促進整個科研領(lǐng)域的進步。”