机器人系列之机器动物园
- 2013-3-15 14:55:37
- 类型:原创
- 来源:电脑报
- 报纸编辑:杨璐
- 作者:Focus
【电脑报在线】在未来,机器人最终可能会变成类似中世纪的怪物、鼩头、章鱼的触须或是像鳗鱼样在水中游走。第一期与大家分享的是正在发生的动物机器人案例。
新一代的动物机器人不需要真的看起来像的动物,重要的是具有与动物相同的能力。在未来,机器人最终可能会变成类似中世纪的怪物、鼩头、章鱼的触须或是像鳗鱼样在水中游走。第一期与大家分享的是正在发生的动物机器人案例,包括从空中到地面或水下,能发送情报采集样本的动物形态机器人,从而构成机器生物的新系统。
机器动物不再是儿戏
到目前为止,大多数机器人被分为两类。一种是工具机器人,装有爪子、抓取装置和车轮,只安装必要的部件,看上去和其他的机器没有两样。另一种是类人型机器人,和工具机器人相反,这些机器人竭力被塑造成人类的样子,有可以活动的胳膊和手掌,有双腿和双脚,还有人类一样的脸。
除了这两种之外,还有少数仿生机器人类似于宠物(如索尼的机器狗AIBO),但大多数这些仿生机器人只不过是用来取乐的玩具。但现在的仿生机器人不再仅仅是玩具了,机器人工程师似乎开始意识到他们还缺些什么。物种进化是最伟大的自然设计师,它已经为工具机器人和类人型机器人无法解决的问题找到了解决方法。工程师想到与其费力去想些根本没有的东西,不如直接模仿这些自然经过四十亿年的选择留存下来的生物原型。由此,仿生机器人得到了迅猛发展。
还记得在高中时就在课外读物上看到过,迪斯尼在美国做了一场关于动物为主题的机器人巡演,当时的奇幻感和好奇心至今都无比向往。试想在那种环境里,就像与熟悉的恐怖电影类似:一个迷路的旅行者不经意间进入一个疯狂科学家的洞穴,与此同时发现一些被封锁的实验室里有一些反自然的罪恶正在进行。在那条街阳光明媚之处是DARPA(美国国防部高级研究计划局),它毗邻弗吉尼亚州阿林顿郊外一处彩虹装饰的商场,这家政府机构一直在为源于生物灵感的新型机器提供资金支持。这些仿生奇迹将会变成什么样将不太可能会公布,但它们的能力一直让人惊讶不已。
比起人类,动物已经具备相当大的身体优势,当它们的原始潜能被激发并通过科技对其加强,那它们在完成任务时把握性就更大。不会伤及人类和动物,在战争和其它危险的情况下,这些动物机器可以趟过布满岩石和沼泽的地带,通过跳跃测量建筑、在危险的区域内执行侦察。如今这些机器动物越来越多的走进现实,不再是游乐园的玩具摆设,也不只是电影里的幻想概念,他们来自各大洲的科学实验室,并有名有姓,随时等待步入实验室外的世界。
下面让我们与这些野生动物来一次虚拟的DARPA旅程。请记住,全程都要抓住这些工具的把手,你永远不知道什么时候会发生飞跃、奔跑和下跳。
 
麻雀机器人
采用麻雀真是的羽毛和躯干组成,能模拟出真实麻雀的叫声和挥动翅膀
首先看看由杜克大学研究者们所制造出来的机器麻雀吧。它由Picaxe芯片、微型线性马达以及一只死掉的麻雀组成,研究者可以在远端控制其翅膀挥动,以此来达到研究雄性麻雀攻击行为的目的。据悉实验从今年1月起持续了2个月,在此之前研究者们共花去了9个月的时间来完善整个运动系统。除了挥动翅膀以外,机器麻雀还能制造麻雀攻击时所发出的叫声以及沼泽中传来的噪音,这三者加起来之后最终的结果就是机器麻雀被其它雄性麻雀打得体无完肤。听上去是吓人了点,但实验成果还是非常有价值的。研究者们认为当雄性麻雀挥舞翅膀时可能就是在发出驱赶对方的信号,所以说接下来研究者计划在翅膀上多做些文章。
章鱼机器人
拥有和章鱼本身近乎相同的触手功能,完成水下的捕捞作业是设计初衷
比萨圣安娜高级研究学院的Cecilia Laschi和她的团队正在研发一个机械章鱼。他们从章鱼灵活柔软的触手开始,研发人工的头足类动物。脊椎动物通过肌肉产生移动,用骨骼提升重物。章鱼的触手没有骨头,所以它的肌肉必须同时完成移动和提升重物的功能,但除了抓东西,它还能挤到角落和缝隙里,这可是脊椎动物的手臂无法做到的。
在研究章鱼的触手如何工作的过程中,Laschi博士和她的团队想出了一个有着类似功能的人工版本:外壳装有由硅和装有压力传感器提供触觉,里面是缆和特殊弹性镍钛合金制成的弹簧,能将物体包裹住,这跟真正的章鱼的触手有着惊人的相似之处。在看到实验的阶段效果后,Laschi教授打算完善它并在未来两年内增加7只触手和一个控制系统使之能相互协作,目的是创造出一个可以帮助人们完成困难的水下工作的机器人——例如关闭泄露的油阀。
鳗鱼机器人
利用鳗鱼的纤长身形可绕过障碍物,微型摄像头充当的眼睛能实时捕捉画面
在圣安娜,另一组由Sten Grillner带领的工程师团队也在研发一种水生生物——鳗鱼。这同样是无脊椎动物,像章鱼一样没有骨头,神经系统十分简单。在斯德哥尔摩的卡罗林斯卡研究所,Sten Grillner的团队为深入了解脊椎动物的神经系统,仿照鳗的软骨椎骨的圆形段组成,每个部分由一个电磁铁连接,激活它们的电流,从头部传导到尾部,就像神经信号流在一个真正的动物体内传导一样,一段吸引另一端,再释放下一段以此产生一个波动,推动机器人前进。另外鳗鱼的眼睛是微型摄像头,搜集周围的颜色和形状信号,以便使鳗鱼能绕过障碍物。该项目的主要目的,是解释脊椎动物如何通过使用它们的洞察力,引导他们的运动。
 
壁虎机器人
有和壁虎一样的四脚吸盘,轻巧的身躯能更好的抗拒地心引力
壁虎飞檐走壁,穿越天花板的能力一直让人着迷,能做到这样的机器人,有很大的使用价值。壁虎飞檐走壁的秘诀,在于其脚趾都覆盖着树状的精细结构有点像脊的掌纹,它们之间有着很深的裂口,掌纹通过范德瓦耳斯力(分子间作用力)牢牢吸住所接触的物体表面,当然,能吸附在物体表面的动物(或者机器人)必须足够轻。StickyBotIII像真正的壁虎一样有四条腿,脚趾也覆盖着一层脊。人工壁虎也可以做出跟真正的壁虎相同的动作,不仅能爬上垂直的墙面,还能将自己悬挂在上面。同时,身上全采用纤维材料做支架不仅柔软,重量比普通机器人轻很多,或许未来爬上高楼窗户的不是蜘蛛侠而是这类探测性的壁虎机器人。
猎豹机器人
动物界里谁是短跑高手,机器人领域也有豹的速度
想要做出一款能够快速奔跑的机器人,还有什么生物会比猎豹更合适呢?这正是美国波士顿动力公司(Boston Dynamics)这个响当当的机器人公司所做的事情。该公司设计的这款机器动物与原型设计同名,既然是猎豹当然要跑了才知道是否成功。在2012年9月,正是CHEETAH创造了45.5公里的时速成绩,打破了有足机器人移动速度的世界纪录。之前由其自家创造的29公里记录,快了是不少。看上去成绩优异,不过它得先学会靠自己的四脚站立,目前CHEETAH在奔跑时仍需要支架维持在原地,并借由缆线供电,配套的集成动力系统和控制系统仍在研发中。这种机器猎豹将主要用于应急响应、人道主义救援和其他国防任务上。
阿尔法狗机器人
能跑能跳,能承担300多斤的负重,还能自动跟随主人前进
狗是人最亲近的朋友,不过这个项目的研究人员首先看重了狗在奔跑中的灵活性。这个名叫阿尔法狗(Great Dane-sized AlphaDog)的机器人。可以以它灵活的移动或跳过山坡。其次,它还可以携带181公斤的物件,这样就可以在行进中帮助士兵携带重物。这个机器人同样来自于波士顿动力公司,他们计划通过加装传感器眼睛,可以追随人类的行进,另外还要添加听到和遵守命令的能力,一天行走20英里能力能真正满足实际需求。这一切都需要,让这只阿尔法狗机器有足够大的体积,从外形上看,目前仍是四不像的感觉。
 
到目前为止,大多数机器人被分为两类。一种是工具机器人,装有爪子、抓取装置和车轮,只安装必要的部件,看上去和其他的机器没有两样。另一种是类人型机器人,和工具机器人相反,这些机器人竭力被塑造成人类的样子,有可以活动的胳膊和手掌,有双腿和双脚,还有人类一样的脸。
除了这两种之外,还有少数仿生机器人类似于宠物(如索尼的机器狗AIBO),但大多数这些仿生机器人只不过是用来取乐的玩具。但现在的仿生机器人不再仅仅是玩具了,机器人工程师似乎开始意识到他们还缺些什么。物种进化是最伟大的自然设计师,它已经为工具机器人和类人型机器人无法解决的问题找到了解决方法。工程师想到与其费力去想些根本没有的东西,不如直接模仿这些自然经过四十亿年的选择留存下来的生物原型。由此,仿生机器人得到了迅猛发展。
还记得在高中时就在课外读物上看到过,迪斯尼在美国做了一场关于动物为主题的机器人巡演,当时的奇幻感和好奇心至今都无比向往。试想在那种环境里,就像与熟悉的恐怖电影类似:一个迷路的旅行者不经意间进入一个疯狂科学家的洞穴,与此同时发现一些被封锁的实验室里有一些反自然的罪恶正在进行。在那条街阳光明媚之处是DARPA(美国国防部高级研究计划局),它毗邻弗吉尼亚州阿林顿郊外一处彩虹装饰的商场,这家政府机构一直在为源于生物灵感的新型机器提供资金支持。这些仿生奇迹将会变成什么样将不太可能会公布,但它们的能力一直让人惊讶不已。
比起人类,动物已经具备相当大的身体优势,当它们的原始潜能被激发并通过科技对其加强,那它们在完成任务时把握性就更大。不会伤及人类和动物,在战争和其它危险的情况下,这些动物机器可以趟过布满岩石和沼泽的地带,通过跳跃测量建筑、在危险的区域内执行侦察。如今这些机器动物越来越多的走进现实,不再是游乐园的玩具摆设,也不只是电影里的幻想概念,他们来自各大洲的科学实验室,并有名有姓,随时等待步入实验室外的世界。
下面让我们与这些野生动物来一次虚拟的DARPA旅程。请记住,全程都要抓住这些工具的把手,你永远不知道什么时候会发生飞跃、奔跑和下跳。
 
麻雀机器人
采用麻雀真是的羽毛和躯干组成,能模拟出真实麻雀的叫声和挥动翅膀
章鱼机器人
拥有和章鱼本身近乎相同的触手功能,完成水下的捕捞作业是设计初衷
在研究章鱼的触手如何工作的过程中,Laschi博士和她的团队想出了一个有着类似功能的人工版本:外壳装有由硅和装有压力传感器提供触觉,里面是缆和特殊弹性镍钛合金制成的弹簧,能将物体包裹住,这跟真正的章鱼的触手有着惊人的相似之处。在看到实验的阶段效果后,Laschi教授打算完善它并在未来两年内增加7只触手和一个控制系统使之能相互协作,目的是创造出一个可以帮助人们完成困难的水下工作的机器人——例如关闭泄露的油阀。
鳗鱼机器人
利用鳗鱼的纤长身形可绕过障碍物,微型摄像头充当的眼睛能实时捕捉画面
 
壁虎机器人
有和壁虎一样的四脚吸盘,轻巧的身躯能更好的抗拒地心引力
猎豹机器人
动物界里谁是短跑高手,机器人领域也有豹的速度
想要做出一款能够快速奔跑的机器人,还有什么生物会比猎豹更合适呢?这正是美国波士顿动力公司(Boston Dynamics)这个响当当的机器人公司所做的事情。该公司设计的这款机器动物与原型设计同名,既然是猎豹当然要跑了才知道是否成功。在2012年9月,正是CHEETAH创造了45.5公里的时速成绩,打破了有足机器人移动速度的世界纪录。之前由其自家创造的29公里记录,快了是不少。看上去成绩优异,不过它得先学会靠自己的四脚站立,目前CHEETAH在奔跑时仍需要支架维持在原地,并借由缆线供电,配套的集成动力系统和控制系统仍在研发中。这种机器猎豹将主要用于应急响应、人道主义救援和其他国防任务上。
阿尔法狗机器人
能跑能跳,能承担300多斤的负重,还能自动跟随主人前进
 
本文出自2013-03-18出版的《电脑报》第10期 A.新闻周刊
(网站编辑:weekend)
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