牛津新机器人：无芯片、无编程、自主跳跃避障

提到机器人，你可能会想到布满芯片的主板、复杂的编程代码，或是密密麻麻的线路。但牛津大学的研究团队最近颠覆了这个认知——他们研发出一种“流体机器人”，没有任何电子元件不靠编程指令，仅靠几块可变形的“流体积木”和气压驱动，就能实现自主跳跃、同步动作，甚至感知桌面边缘主动刹车。

这篇发表在《Advanced Materials》上的研究，用最“朴素”的机械设计，解锁了软机器人的“物理智能”，未来可能让机器人钻进人体血管、潜入万米深海！

一、传统软机器人的“困境”：功能越复杂，身体越“笨重”

软机器人因为柔性好、能适应不规则环境，被寄予厚望用于医疗、救援等场景。但长期以来，它们面临一个致命问题：“功能与结构的矛盾”。

要让机器人感知环境，需要传感器；要让它动起来，需要执行器；要协调动作，需要阀门和控制电路——每个功能都要对应专门的组件，导致机器人结构复杂、体积难缩小，还特别依赖电子设备。

更麻烦的是，电子元件怕高压、怕潮湿、怕辐射，一旦到了深海、灾害现场这些极端环境，很容易“罢工”。如何用最少的组件，实现最多的功能？牛津团队把目光投向了自然界。

“植物的根既能固定身体，又能吸水、感知环境；大象的鼻子既能呼吸，又能抓东西、闻气味——自然界的器官都是‘一专多能’的。”研究团队模仿这种设计，打造出了核心的“流体积木”。

二、一块“积木”=传感器+发动机+开关？多功能流体单元的黑科技

这款“流体积木”看似简单，只有阀体、硅胶套、3D打印避和气囊四个部分

却藏着三大核心技能，能根据需求灵活切换：

当“传感器”：像昆虫的触角，被触碰时会阻断气流，传递“环境变化”信号；

当“发动机”：气囊充气时产生力矩，带动机器人肢体运动，比如跳跃、爬行；

当“开关”：通过气囊压力控制气流通断，相当于机器人的“神经中枢”，协调各部分动作。

更神奇的是，它还能“身兼数职”——比如作为“自振荡执行器”时，既能自己振动产生动力，又能感知外部负载，自动调节振动频率和幅度。这背后的原理很简单：气流持续输入时，气囊充气到一定程度会关闭通道，泄压后又自动打开，形成循环振荡，完全不需要电子指令控制。

三、实战成果：会跳跃、能避障，机器人的“自主行为”从哪来？

研究团队用这款“积木”搭建了三款机器人，用实验证明了它的强大：

1. 五肢跳跃机器人：“无意识”的同步舞蹈

这款机器人的底座有五个流体单元作为“腿”，接通气压后，起初 limbs 动作杂乱无章，但很快就通过机械耦合（肢体运动通过机身和地面相互影响）自发同步，交替跳跃，最高能跳70mm，每秒约6次跳跃。

更有趣的是，这种同步模式和科学家用来解释“萤火虫齐闪”“心脏起搏细胞同步”的仓本模型完全吻合——大自然的同步法则，竟然被一块“积木”复刻了！

2. 四肢前进机器人：打破对称，就能“跑”起来

为了让机器人向前移动，研究团队稍微调整了布局：把前肢向内移动10mm，打破了完全对称。没想到这个小澳动，让机器人的 limbs 形成了“前后肢反相”的步态，就像动物 galloping 一样，自主向前移动，速度达到0.3倍体长/秒。

这证明，无需编程，只要调整“积木”的排列方式，就能引导机器人产生特定行为——这就是“物理智能”的魅力。

3. 边界感知爬行机器人：自己“刹车”的安全卫士

这款机器人更实用：集成了一个传感器、一个阀门和两个执行器。传感器被机器人自身重量压在桌面上，当它爬到桌面边缘时，传感器失去支撑，触发阀门切断气流，执行器停止运动，成功避免坠落。

整个过程没有任何电子信号，全靠机械结构和气流的相互作用，却实现了类似“IF-THEN”的逻辑判断——这是软机器人首次在无电子控制下，实现如此精准的环境响应。

四、未来可期：这些场景，流体机器人要“大显身手”

虽然目前的原型机还是桌面大小，但这款机器人的设计原理不受尺度限制，未来的应用场景相当硬核：

深海探测：高压、黑暗环境中，电子设备易失效，流体机器人靠气压驱动，能稳定工作；

灾害救援：可以钻进倒塌建筑的狭窄缝隙，感知生命迹象或传笛田资，不用担心电力耗尽；

微型医疗：未来可缩小到微米级，作为血管机器人，在人体内部精准输送药物，不会损伤血管壁；

太空任务：极端温差和辐射下，柔性结构比电子元件更耐用，可作为星球探测的“迷你探针”。

当然，它也有需要改进的地方：目前“流体积木”是多组件组装，制造耗时；微型化后，流体粘性会影响同步效果，这些都需要进一步优化。但不可否认，这种“极简设计”为软机器人开辟了新赛道——智能不一定需要芯片，复杂行为也能来自简单的物理耦合。

结语：机器人的未来，可能更“朴素”也更强大

牛津大学的这项研究，告诉我们一个道理：智能的形式不止一种。当我们执着于给机器人加装更强大的芯片、编写更复杂的代码时，或许可以回头看看自然界——最高效的智能，往往来自最简洁的结构设计。

未来，随着制造工艺的优化，这些“无芯机器人”可能会以意想不到的方式融入我们的生活：钻进血管清除血栓、潜入深海探索未知、在灾害现场搜寻生命…… 而这一切，都始于一块能变形、会感知的“流体积木”。