我们所承诺的机器人助手在哪里？在过去的一百年里，机器人在大众的想象中占据了所有的空间--尽管几十年来现实世界中自动装置的数量一直在增长，但大多数人与它们的互动仍然限于扫地机器人或儿童的智能玩具。

美国宇航局衍生公司Amorphology Inc.的首席技术官Glenn Garrett表示，这有两个主要原因：成本和安全。大多数自动化机械仍然只有大型制造商才能负担得起，他们可以进行重大投资并期望长期节约。虽然机器人占据了越来越多的工厂车间，但出于安全考虑，它们通常与人类同事隔离开来--它们大多对周围环境视而不见，而且身体强壮，笨拙得很危险。

上世纪90年代中期，西北大学的两位教授为一个新的概念申请了专利：协作机器人。旨在与人类合作的协作机器人将更小、更聪明、反应更快、意识更强，具有更严格的自我控制能力和更好的礼仪。在此后的几年里，人工智能和传感器的飞跃使这些 "更友好 "的机器人成为现实，但成本仍然阻碍它们的广泛采用。

这就是机器人行业的发展方向，比如说少数几个机器人已经在制作拿铁和三明治。但是，如果它的成本是4万美元，那么对于非工业应用来说，它是遥不可及的。

然而，最大的成本驱动因素并不总是先进的软件和传感器。相反，它往往归结为一些最基本的机器部件：齿轮。高精度齿轮的成本至少是机械臂的一半。

美国宇航局漫游车上的齿轮，像地球上的大多数齿轮一样，是由钢制成的，既坚固又耐磨。但是钢制齿轮需要液体润滑，而油在月球或火星表面这样的寒冷环境中不能很好地工作。因此，美国宇航局的好奇号漫游车，例如，每次准备开始滚动时，都要花费大约三个小时来预热润滑剂，耗费了大约四分之一的可自由支配能量，而这些能量本来可以用于科学，美国宇航局南加州喷气推进实验室的材料开发和制造技术组的首席科学家道格-霍夫曼说：“所以这真的很令人沮丧。如果这些齿轮可以直接打开并驱动，那就太好了。”

为了解决这个问题和其他与材料有关的问题，2010年，JPL聘请了霍夫曼，他当时是加州理工学院的科学家，具有材料科学和工程的背景。美国宇航局在JPL资助了一个新的冶金设施，以探索齿轮的替代品和开发新的金属合金。

在管理JPL的加州理工学院的日子里，霍夫曼熟悉一类新兴的特殊工程材料，称为大块金属玻璃，也被称为非晶态金属。这些金属合金可以在其原子形成所有其他金属所共有的晶格结构之前，迅速从液体冷却为固体。相反，原子像玻璃一样随机排列，使材料同时具有玻璃和金属的特性。

根据它们的组成元素--通常包括锆、钛和铜--它们可以非常坚固，并且由于它们不是晶体，它们具有弹性。大多数成分还形成了坚硬、光滑的陶瓷氧化物表面，霍夫曼解释说，这些特性共同为一些非晶态金属制成的齿轮提供了较长的使用寿命，而无需润滑。当然，这对美国宇航局非常重要，因为你可以在不润滑的情况下运行你的齿轮箱。

目前，JPL和Motiv空间系统公司为月球任务进行的合作努力--低温可操作月球部署臂（COLDArm），预计将使用散装金属玻璃齿轮在温度低至零下290华氏度的情况下运作，而不需要加热源。

但是非晶态金属有另一个特性，使它们对地球上的齿轮具有吸引力，这些合金被设计成具有较低的熔化温度，因为要制造金属玻璃，你必须以比它结晶更快的速度冷却合金。这种低熔点，再加上其本身的强度和凝固后体积几乎不发生变化的事实，使得大块金属玻璃很容易用于注塑成型，这可以大大降低制造齿轮等部件的成本。

大多数高强度的金属都有高熔点。它们不能用模具铸造，因为在熔融状态下，它们会简单地融化模具。而且，钢需要轧制或锻造来加强它，这也排除了成型。因此，齿轮通常从钢坯开始，经过 "加工"--切割、研磨、铣削和钻孔--形成最终形状。小巧的齿轮，如小型机器人的齿轮，特别具有挑战性，而且成本很高。

从钢块中加工出的最困难、最昂贵的齿轮部件是机器人手臂中最常见的部件之一：挠性线，一种极薄壁、带齿缘的柔性杯。这是所谓的应变波齿轮组件的中心部分，与其他齿轮组相比，它具有更好的精度、更高的扭矩和更低的齿隙。这消除了定位误差，这些误差在具有多个关节的机器人肢体中会变得更加复杂。

如果你没有见过它，这是一个看起来非常奇怪的齿轮，但它是一个精密机器人的核心和灵魂。这就是用非晶态金属成型有望实现最大节约的地方：其成本约为用钢加工应变波齿轮的一半。

模塑小型高性能行星齿轮和应变波齿轮成为Amorphology公司的核心业务计划，Hofmann是该公司在2014年的共同创办人。通过加州理工学院，该公司授权了他为美国国家航空航天局开发的几项技术专利。

同时，他和同事们继续在冶金实验室和JPL的增材制造中心追求航天器的新材料。一些专利和技术促使霍夫曼成立了第二家分拆公司，专注于在涂层、3D打印和其他与齿轮无关的应用中使用非晶金属。两者都得到了同一个风险投资集团的支持，在2020年，它们以Amorphology的名义合并，结合了JPL的大约30项专利和技术专利申请。

这一年，合并后的公司迁入一个新的、占地13000平方英尺的制造厂，现在大约有15人在那里工作，主要是为几个客户制造和测试小型齿轮组件的原型件。Amorphology公司的第一个和最大的客户是世界上最重要的应变波齿轮制造商之一。Amorphology公司的首席发展官Stephen Ceplenski表示，至少还有一个客户雇用该公司为消费电子部件涂上金属玻璃，使其更加耐用，这表明另一个市场具有直接的潜力。另外，可以在没有润滑的情况下运行的齿轮也是食品制造等行业感兴趣的，因为在这些行业中润滑剂可能成为污染物。

同时，该公司的许多其他JPL技术专利--都是由加州理工学院授权的--可能离商业化还有好几年的时间，尽管它们所处的领域正在获得浓厚的兴趣。其中包括新的合金和先进的金属3D打印技术，从热喷涂增材制造到超声波焊接。

Amorphology公司并不是第一家将JPL和加州理工学院的大块金属玻璃创新技术商业化的公司，但Garrett指出，在新材料的基础上创建一个创业公司是众所周知的困难。如果无润滑的齿轮或低成本的挠性线能找到一个长期的市场，那将是大块金属玻璃走向持续商业成功的巨大一步。