地球上最接近变形金刚的存在。为了让科幻尽快照进现实，也为了让机器人具有更多实用的功能，我们已经开始探索“柔性机器人”的奥秘——没错，就从章鱼开始！章鱼是海洋中最复杂、最奇特，也是最聪明的生物之一。它们可以收缩身体，钻过直径仅为两三厘米的孔洞；腕足可以产生高达数百千克的拉力，皮肤也能瞬间改变颜色和纹理。具有如此多的惊人技能，章鱼迟早会吸引科学家的目光。他们想知道，能制造出像章鱼一样的机器人吗？
“章鱼整合计划” （OCTOPUS Integrating Project）团队，就试图回答这个问题。这个由多家机构共同开展的国际性合作项目，正在努力研制一种完全自动的、像真实软体动物那样的机器章鱼。章鱼机器人的本领，将是刚性结构的机器人无法比拟的。
意大利圣安娜高级研究学院（Sant’Anna School of Advanced Studies）的仿生机器人学家塞西莉亚·拉斯奇(Cecilia Laschi)，就一直在协调这项研究。她和同事在2010年，制成了章鱼腕足的原型机械，现在他们在构建机器章鱼的其他身体部分。不过，或许该项目最令人激动的目标是，要证明制造全身柔软的机器人是可能的。模拟章鱼我曾去拉斯奇的实验室访问过拉斯奇和她的同事。
拉斯奇团队的研究人员之一、仿生机器人学博士劳拉·玛格丽（Laura Margheri）带我走进了这个位于海边的小型研究所。一排排工作台上，几位研究生和博士后研究员或坐在计算机前，或围着原型机械专心工作。在实验室前部的中央，是一个巨大的、装备齐全的海水水箱。里面安装着岩石、海星，还有一只虽上了年纪却仍然生龙活虎的章鱼。
这只“吉祥物”的名字叫安德烈诺（Andreino）,以对当时抓到它的一位前任组员表示敬意。玛格丽一直在测试章鱼的天然能力，以期在机器人上模拟它们的行为。她设计了一些巧妙的实验，来测试章鱼能将它们的腕足伸到多长。结果显示，它们大概能伸到最初长度的两倍——这无疑是工程学上的一个挑战。作为该项目的领军人，拉斯奇自己的研究背景是偏向传统概念的机器人。“我习惯于研究具有刚性连结结构的机器人，”她解释道。
与神经科学家合作之后，拉斯奇对人类大脑有了更多的了解，也开始知道，我们是如何协调自己的身体的。于是，她开始对传统机器人的刚性结构，以及类肌肉结构的缺乏感到厌倦。所以，拉斯奇和一些更偏生物领域的合作者一起，开始策划一项大胆的软体机器人项目。对这来说，还有比章鱼更好的模仿对象吗？“所有生物系统都具有一些软性材料，”她介绍说，“但章鱼十分特别，因为它只有软性材料”（当然，除了它们的角质腭外）。
为了从内而外完全彻底地模拟章鱼，拉斯奇的研究组利用超声波技术，非常罕见地获得了章鱼的腕足和所有肌肉工作时的内部图像。在这些图像的帮助下，拉斯奇终于弄清楚了“章鱼腕足运动的秘密，”拉斯奇实验室的另一位仿生机器人学家马泰奥·钱凯蒂（Matteo Cianchetti）说道。在没有骨骼的情况下，三组肌肉赋予了章鱼腕足的柔性，让它能改变方向、长度甚至硬度。
为了“复制”这些肌肉，研究人员使用了形状记忆合金制成的线缆和弹簧。通电加热时，这种合金会弯曲，冷却后，又能回到最初形态。虽然肌肉本身能够伸展到远超常态的长度，但腕足里的中枢神经索却不能。不过，每一束神经纤维都以锯齿状折叠，就像手风琴一样，能够在腕足伸长时展开。根据从真实章鱼那里获得的这条线索，玛格丽和同事将数据线缆以波浪状安装进机器章鱼的“腕足”里。
钱凯蒂向我展示了其中一部具有硅胶皮肤的原型机械，它呈现出鬼魅般的灰色色彩。拉动几根线，钱凯蒂就能让这部原型机械蜷缩成螺旋状。我伸出一根手指，这条独立的腕足随即将硅胶皮肤紧紧缠绕在我的手指上，动作轻巧得让人害怕。凭借着它的形状、大小及其中的“肌肉组织”，这条腕足能很自然地盘绕在任何它抓住的东西上。“它能自动调整形状，去适应某个物体，”钱凯蒂介绍说。这真的很棒，却让我不由得打了个冷颤。
原型章鱼机器人具有一系列不同的腕足。研究人员在机器章鱼的腕足里布满了传感器，用以收集、整合触觉信号，而且他们还想添加类似吸盘的附属设备。不过，人工吸盘可能无法完全模拟真实的章鱼吸盘，后者不仅强健有力，而且具有多种功能——可旋转、折叠，甚至感知周围的环境。美国纽约城市大学布鲁克林学院的弗兰克·格拉索（Frank Grasso）等科学家，正在研制更加先进的机器章鱼吸盘。
此外，同其他一些科学家合作，美国陆军研究实验室已经在用3D打印制造可单独工作的超强吸盘。研究机器章鱼的科学家对材料的选择很谨慎，因为它们需要能在水下长时间正常工作而不会锈蚀的材料。“章鱼整合计划”研究组使用的硅胶，几乎与水的密度相同，因此可以在水中漂浮——正如真实的章鱼一样。让章鱼机器人动起来作为水下机器人，无论看起来有多酷，只有动起来，它才能真正发挥作用。
正因如此，拉斯奇实验室的一些科学家正在研究各种不同的运动形式。另一位仿生机器人学家马塞洛·卡利斯蒂（Marcello Calisti）正在着手解决行走问题。大多数真实章鱼会更多的使用后面的腕足行走，而用前面的腕足感觉周围情况。但是，对人工制造的机器章鱼来说，机器人学家或许会让它把前面的腕足伸出，用几个吸盘吸住物体表面，再拉动身体前进。同时，这种策略还能有助于探索环境，以及判断运动方向。
卡利斯蒂的工作站旁，有一个半满的充气儿童泳池，那是用来测试水下爬行和其他一些任务的。他向我展示了他的原型机械——由硬质马达和固定线缆制成，只有6条腕足，看起来相当原始。不过，当卡利斯蒂为我播放一段视频，看到这个原型机械像蜘蛛一样爬行时，我却感到有一点怪异和可怕。卡利斯蒂自己也承认，“这的确有一点令人毛骨悚然”。
到目前为止，他们还要先对原型机械进行编程，再把它放到水池里，让它自由行动，观察它如何找到和抓取目标物体。但最终的目标是，指令中心也会内置在机械中（并且，会让它拥有8条腕足和一个柔软的身体）。 当然，爬行并不是章鱼唯一的行动方式。在真实世界里，章鱼在需要迅速逃跑时，会选择喷射推进的游动方式。
在实验室的另一端，弗朗西斯科·乔治·塞尔基（Francesco Giorgio Serchi）试图用硅胶材料重建章鱼的推进系统。章鱼喷射水流时，会产生一种旋涡，或称“涡环”，从而推动自己前进。真实的章鱼会使用头部肌肉，通过漏斗状的体管吸入和喷出水流，来产生这种推力。乌贼，以及其他几种水下动物也会利用涡环推进。而涡环的流体动力学特性，科学家直到不久前才刚刚弄清。
塞尔基指出，他们的目标是模仿这种生物物理技能，希望有朝一日能用于小型潜艇或自动交通工具的驱动上。正如他所言，把这种水下运动方式移植到其他设备上，将是一大进步。现有技术条件下，水下的大多数“推进方式都是连续性的，”塞尔基说。螺旋桨，甚至包括喷射船在内，产生的都是持续运动。相反，根据章鱼设计的推进方式，“将是首例非连续射流的实际应用。
”而且，塞尔基说，他做这项研究并不只是觉得新奇，“这很有意思，因为这种推进方式尤为高效。”制造出涡环，将让水下交通工具的加速更快。不过，总不能拿着一个大针筒，将水打进去再挤出来吧。章鱼的系统比这要更微妙、更精细一些。“当然，最大的难关就是，重现驱动系统的功能——就像章鱼一样，仅是头部收缩一点点，就能显著改变内部容积，实现运动，”塞尔基说，“这是一个难题。”然而，章鱼轻易就能做到这点。
所以，塞尔基决定，不去费力设计这一完美结构，而是干脆把真实章鱼的头部作为模具，制造出模型。塞尔基让我看了这个纤毫毕现的模型，其中甚至连器官所在的空腔都保留了下来，目前他已经将电子元件安放其中了。塞尔基承认，“这只是一个近似的模型”。但是，模型运行的结果，有助于生物学家了解，这些头足类动物是如何游动的。 机器人学家的下一步计划，是让他们的杰作更灵活、更智能。
除了工程学上的挑战，拉斯奇和“章鱼整合计划”的其他研究人员还面临一个生物学难题：“章鱼的大脑这么小，它是如何控制身体，灵活游动，并处理如此多的感知数据？”虽然科学家还不清楚章鱼是如何做到这点的，但这不会阻挡他们前进的脚步。所以，拉斯奇的办法只有五个字：“嵌入式智能”，意思是，身体的每一部分——无论是章鱼的还是机器人的——都能自我控制，至少在一定程度上是如此。
在将章鱼的神奇能力转移到机器人身上的奋斗中，科学家仍有很长的路要走。接下来几年里，无论他们成功还是失败，我们都能会对章鱼——海洋中最灵巧的生物有更多了解，还有助于机器人克服刚性结构的限制，实现更聪明、更灵活的工作方式。