柔性机器人或软体机器人（Soft robotics）是机器人技术的特定子领域，涉及从高度柔顺的材料构建机器人，类似于生物体中发现的机器人。
软机器人大量吸取生物体移动和适应周围环境的方式。 与由刚性材料制成的机器人相比，软机器人可以增加灵活性和完成任务的适应性，以及在人类周围工作时提高安全性。 这些特征使其可用于医药和制造领域。
类型和设计
软机器人领域的大部分基于完全由柔性材料制成的机器人的设计和构造，最终结果类似于蠕虫和章鱼等无脊椎动物。 这些机器人的运动很难建模，因为连续体力学适用于它们，它们有时也被称为连续机器人。 软机器人是机器人技术的特定子领域，涉及从高度柔顺的材料构建机器人，类似于生物体中的机器人。 同样，软机器人也从这些生物体移动和适应周围环境的方式中汲取了很多。 这使得科学家们可以使用软机器人来理解生物现象，这些实验是在原始生物对应物上不易实现的。 与由刚性材料制成的机器人相比，软机器人可以增加灵活性和完成任务的适应性，以及在人类周围工作时提高安全性。这些特征使其可用于医药和制造领域。 然而，存在能够连续变形的刚性机器人，最显着的是蛇臂机器人。
此外，某些软机器人技术可以用作较大的，可能是刚性的机器人中的一块。 存在用于抓取和操纵物体的软机器人末端执行器，并且它们具有产生较小力的优点，该力足以保持精细物体而不会破坏它们。
此外，混合软刚性机器人可以使用内部刚性框架来构建，其具有柔软的外部以确保安全。 柔软的外部可以是多功能的，因为它既可以作为机器人的致动器，也可以作为脊椎动物的肌肉，也可以作为与人发生碰撞时的衬垫。
仿生学
由于细胞质和外部环境之间的溶质浓度梯度（渗透势），植物细胞可以固有地产生流体静压。 此外，植物可以通过离子穿过细胞膜的运动来调节该浓度。 然后，这会改变植物的形状和体积，因为它响应了静水压力的这种变化。 这种压力导出的形状演变对于软机器人来说是理想的，并且可以通过使用流体流动来模拟以产生压力自适应材料。 以下等式模拟细胞体积变化率：
是变化率。
是细胞膜。
是材料的水力传导率。
是静水压力的变化。
是渗透势的变化。
是变化率。
是细胞膜。
是材料的水力传导率。
是静水压力的变化。
是渗透势的变化。这一原理已被用于创建软机器人压力系统。 这些系统由软树脂组成，并含有多个带有半透膜的流体囊。 半渗透性允许流体输送然后导致压力产生。 流体输送和压力产生的这种组合然后导致形状和体积变化。
另一种生物固有的形状改变机制是吸湿形状改变。 在这种机制中，植物细胞对湿度的变化作出反应。当周围大气湿度高时，植物细胞膨胀，但当周围大气湿度低时，植物细胞会收缩。 在花粉粒和松锥体鳞片中观察到这种体积变化。
科学挑战
据IEEE.org小组称，这些挑战是跨学科的，有些仍然需要考虑; 他们特别关注：
仿生学的贡献生物的很大一部分是由软生物组成的，内部器官几乎总是如此。
用于建模和模拟“软机器人器官”的方法和工具（软件）（可能是3D复杂和印刷的“单块”）; 许多机器人的形式让人想起无脊椎动物，但软机器人也可以创造复杂的人形机器人。
研究非常规柔性材料（仍处于探索阶段）;
灵活材料的分级清单，可用于全部或部分机器人应用（传统和未来）;
制造和/或组装这种机器人的最佳工具和方法;
传感器的集成应该朝向“柔性和可伸展”传感器7（包括用于可能的光伏皮肤）发展成或多或少的弹性和可变形结构;
修改后的驱动适应软机器人，可能是“模块化”和/或增强“被动适应”系统（节能）;
内部自组织和分布式控制功能
完全修订的控制系统（cobotics）;
原型设计，测试（包括老化）;
加强和更好地分享灵活机器人的知识和技术知识;
与弹性问题有关的“自我纠正”的机会;
自我复制;
应用于“软机器人”。
机器人的特殊性
柔性机器人与其环境的相互作用不同，因为它可以产生或经历弹性变形，其或多或少受其形态，尺寸，弹性程度和结构连贯性的约束。
它通常 – 但不一定 – 仿生（或生物启发），并始终以特定材料的使用为特征。
他的执行器部分不同或适应。
与刚性机器人相比，它们具有缺点和优点。
缺点
软机器人领域仍然非常新兴。 它只通过一些原型证明了自己。 市场上没有或很少有备件或软机器人，R＆amp; D资金仍然优先面向经典机器人;
软材料（和柔性结构，特别是当它们复杂时）的行为比硬质材料更难以模拟，因此更难以控制和操作;
构成它们的一些柔软材料容易受到某些外部侵害（尽管在某些情况下，“软”字符也允许吸收冲击能量或“冲压”效果并保护机器人。
好处
可变形结构允许软机器人更好地适应某些动态情况或任务，包括在不确定的环境中（例如，在具有高湍流的流体中的位移，在不平坦的地面中的运动和未知的，形状夹持物体的作用，重量和脆弱性未知）..或与生物或器官接触时（在外科手术或工业机器人的情况下）;
弹性体注射的快速发展，然后某些弹性体的3D打印使得可以模塑（并且今天印刷）具有不同弹性的弹性聚合物共混物，开辟了新的可能性; 在不久的将来，似乎有可能将合成聚合物与生物聚合物或活细胞联系起来;
一些柔软且有弹性的材料具有积极的兴趣：例如相变材料，可变形结构（例如弹簧）或形状记忆或集成压缩气体也可理论上存储和释放一定量的能量。 该能量可用于机器人的运动和形状的变化和/或被动员用于其他任务;
经过撕裂，刺穿或轻微损坏后，某些由热可逆共价网络构成的弹性体（所谓的“Diels-Alder聚合物”或“Diels-Alder聚合物”，适用于英语使用者）可以（只需稍微加热然后冷却）重新组装; 因此可以实现能够自我修复的坚固的信封或器官; 科学机器人技术公司于2017年发布的测试表明，材料可以在切割后自行修复，然后尽管有一些疤痕几乎完全表现，即使经过两个周期的修复/愈合，也会向后移动。这已经成功地测试了三种气动执行器灵活的机器人（灵活的镊子，手和人工肌肉）在受伤后通过刺穿，撕裂或打击所讨论的聚合物而自我修复;
软机器人通常比“经典”机器人的硬部件便宜得多。
制造业
传统的制造技术，例如钻孔和铣削等减成技术，在构造软机器人时是无益的，因为这些机器人具有可变形体的复杂形状。 因此，已经开发出更先进的制造技术。 其中包括形状沉积制造（SDM），智能复合微结构（SCM）工艺和3D多材料印刷。
SDM是一种快速原型制造，其中沉积和加工周期性地发生。 基本上，沉积材料，加工材料，嵌入所需结构，沉积所述结构的支撑体，然后进一步加工产品至包括沉积材料和嵌入部分的最终形状。 嵌入式硬件包括电路，传感器和执行器，科学家已经成功地在聚合物材料内部嵌入控制器以创建软机器人，例如Stickybot和iSprawl。
SCM是一种将碳纤维增强聚合物（CFRP）的刚体与柔性聚合物韧带结合在一起的过程。 柔性聚合物充当骨架的关节。 通过这种方法，通过使用激光加工然后层压，产生CFRP和聚合物韧带的整体结构。 该SCM工艺用于生产中尺度机器人，因为聚合物连接器用作销接头的低摩擦替代品。
3D打印现在可用于使用Robocasting（也称为直接墨水书写（DIW））打印各种硅胶墨水。 该制造路线允许无缝生产具有局部限定的机械性能的流体弹性体致动器。 它进一步实现了气动硅树脂致动器的数字制造，其展示了可编程的生物启发结构和运动。 使用这种方法印刷了各种功能齐全的柔软机器人，包括弯曲，扭曲，抓取和收缩运动。 该技术避免了传统制造路线的一些缺点，例如胶合部件之间的分层。 另一种增材制造方法，其产生形状变形材料，其形状为光敏，热活化或水响应。 基本上，这些聚合物可以在与水，光或热相互作用时自动改变形状。 通过在聚苯乙烯靶上使用光反应性喷墨印刷，产生形状变形材料的一个这样的例子。 另外，形状记忆聚合物已经快速原型化，其包括两种不同的组分：骨架和铰链材料。 在印刷时，将材料加热到高于铰链材料的玻璃化转变温度的温度。 这允许铰链材料变形，同时不影响骨架材料。 此外，该聚合物可以通过加热连续重整。
控制
所有软机器人都需要一些系统来产生反作用力，以允许机器人移入并与其环境相互作用。 由于这些机器人的兼容性，该系统必须能够移动机器人而不使用刚性材料作为生物体中的骨骼或刚性机器人中的金属框架。 然而，存在这种工程问题的几种解决方案并且已经找到了用途，每种解决方案都有优点和缺点。
其中一种系统使用介电弹性致动器（DEAs），这种材料通过施加高压电场来改变形状。 这些材料可产生高力，并具有高比功率（W / kg）。 然而，这些材料最适合于机器人的应用，因为当它们不作用于刚性骨架时效率低下。 另外，所需的高电压可能成为这些机器人潜在实际应用的限制因素。
另一种系统使用由形状记忆合金制成的弹簧。 虽然由传统的刚性材料金属制成，但弹簧由非常细的线材制成，并且与其他柔软材料一样柔顺。 这些弹簧具有非常高的力 – 质量比，但是通过施加热量而延伸，这在能量方面是低效的。
气动人造肌肉是用于控制软机器人的另一种方法。 通过改变柔性管内的压力，它将充当肌肉，收缩和伸展，并对其附着的物体施加力。 通过使用阀门，机器人可以使用这些肌肉保持给定的形状而无需额外的能量输入。 然而，该方法通常需要外部压缩空气源才能起作用。
历史
几十年来，自动机和机械玩具的钟表使用各种形式的弹簧，有时使用皮革，织物形成柔性连接，或者在烧瓶中作为能量储存器扭曲弹性或压缩空气。 但是制造真正的，坚固耐用的机器人所需的聚合物只能使用几十年。
大约半个世纪以来，工业机器人一直很僵硬，而且很适合快速和重复的任务。 有时在其构造中使用或多或少的柔性或软质材料，但通常具有次要的重要性; 它们被保留用于移动电缆，流体线，关节夹克，真空系统（例如用于夹住易碎物体）或减震等。漫画，小说和电影中的科幻小说中普及的机器人通常具有金属盔甲（或者有时非常人形，包括合成皮肤）。
从2009年到2012年，技术有机硅，各种其他可模塑聚合物，形状记忆材料的出现使人们有可能探索新的途径。 电活性聚合物的使用和能够生产人造肌肉系统（包括那些基于电活性水凝胶的系统）的前景，再加上3D打印机性能的定期改进，特别是与生物仿生学的发展有关，可以促进其发展。柔软的机器人能够以经典机器人的刚性元素无法实现的方式提供压缩，拉伸，扭转，膨胀，变形等新能力。
2013年，在一个致力于人工智能的国际会议和总结他们观点的文章中，苏黎世大学的Rolf Pfeifer和他的同事将软机器人和仿生学作为下一代“智能机器”。
最近的发现和示范也（例如）着重于：
“燃气机器人”（专注于比空气轻的机器人）
柔软和可弯曲的附属物的兴趣，如象角或触手，可能是小型化的; 在这种情况下，如果通过渗透，以及在某些植物或真菌器官中加压，通常几乎完全由肌肉和结缔组织制成的肌肉静水分压器可以改变它们的形状。
自缠绕纱线，高度可拉伸（模仿涂抹蜘蛛网的水滴原理）
使用简单的材料，如沙粒，可以通过“干扰过渡”的原理“塑造”，使机器人钳子相当于首先柔软和包裹，然后可以随意硬化
具有形状记忆的材料
离子聚合物金属复合材料
介电弹性体（或介电弹性体的DEs）。
例如，使用3D打印生产无线或无电池的软体机器人，其中一小部分过氧化氢用作气体源（可通过使过氧化物与催化剂（铂）接触来活化对3D打印气动室网络进行充气（例如2016年推出的Octobot）。
预测人员期望机器人能够自我修复，生长，回收或生物降解，并且可以针对不同的任务和/或环境配置其形态。
软微机器人（可能是微观的）也被一些人所期待（作为软机器人和小型化交叉的逻辑结果），但其他像（Jay）Kim想知道为什么; 发明它们是否有令人信服或激励的理由？
用途和应用
软机器人可以在医学专业中实施，特别是用于侵入性外科手术。 由于其形状变化特性，可以制造软机器人以辅助手术。 形状变化很重要，因为软机器人可以通过调整其形状来绕过人体的不同结构。 这可以通过使用流体致动来实现。
软机器人还可以用于创建灵活的外衣，用于患者的康复，帮助老年人，或者仅仅增强用户的力量。 哈佛大学的一个团队创造了一个使用这些材料的exosuit，以提供exosuit提供的额外力量的优势，没有刚性材料如何限制人的自然运动的缺点。
传统上，由于安全问题，制造机器人已经与人类工作者隔离，因为与人类碰撞的刚性机器人很容易由于机器人的快节奏运动而导致伤害。 然而，软机器人可以安全地与人类一起工作，因为在碰撞中机器人的顺应性将防止或最小化任何潜在的伤害。
国际期刊
软机器人（SoRo）
机器人和人工智能前沿的软机器人部分
国际活动
2018年Robosoft，首届IEEE国际软机器人大会，2018年4月24日至28日，意大利里窝那
2017年9月24日，加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华举办的2017年IROS 2017触觉感应，互动和显示软形态设计研讨会
2016年第一次软机器人挑战赛，4月29日至30日，意大利里窝那
2016年软机器人周，4月25日至30日，意大利里窝那
2015年“软机器人：驱动，集成和应用 – 融合研究视角，实现软机器人技术的飞跃”，ICRA2015，Seattle WA
2014年软机器人技术进展研讨会，2014年机器人科学与系统（RSS）会议，加利福尼亚州伯克利，2014年7月13日
2013年国际软机器人与形态计算研讨会，MonteVerità，2013年7月14日至19日
2012年6月18日至22日在苏黎世举办的2012年软机器人暑期学校
在流行文化中
2014年迪士尼电影“大英雄6”围绕着一款最初设计用于医疗行业的软机器人Baymax。 在这部电影中，Baymax被描绘成一个巨大而又无畏的机器人，机身骨架周围充满了乙烯基外壳。 Baymax概念的基础来自软件机器人在医疗保健领域的应用的现实生活研究，例如机器人克里斯阿特克森在卡内基梅隆机器人研究所的工作。
科学界
“经典”机器人（工业，军事等）的一些元素长期以来都是由柔软的，有时是弹性的材料制成，但机器人几乎完全“软”的想法是最近的。 它与经典机器人技术相关联，建立了新型的建模，而且这些学科只是轻微的（特别是高分子化学）。 设计和建造的原则在很大程度上要进行审查。
2010年初，一个国际科技界聚集了探索由软机器人开辟的轨道的想法：
自2012年10月起，IEEE RAS技术委员会致力于软机器人技术委员会（IEEE RAS软机器人技术委员会），其任务是协调研究界;
自2014年以来，一家致力于可变形机器人的报纸每三个月出版一次。
在法国，INRIA的一个研究团队将其作为专业。
革新
要满足的挑战之一（包括修复柔性机器人）是具有柔韧，有弹性和防水的胶水。 这似乎即将发生：2017年中期，学术物理学家成功地在实验室中生产了一种高弹性氰基丙烯酸酯胶水，可以将硬质和/或软质物质（包括电子元件）粘附到水凝胶上（像“凝胶”这样的材料）某些医疗设备和灵活的机器人）。这为真正具有弹性和伸缩性的电池和电路的创造开辟了道路。 氰基丙烯酸酯与有机组分结合（其不是溶剂，在熔体中快速扩散，以防止其变脆）。 在压制粘合剂时需要几秒钟29.弹性可达到2000％。
2017年，研究人员成功开发出第一台无需电机或机械系统即可移动的软机器人，这项创新使用记忆合金为航空航天和纳米研究的各种可能性开辟了道路。