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把橡皮泥变成机器人,拢共分几步?

2019-08-28 编辑:鹏程 文章出处:CASUAL可追
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摘要:

机器人科技研发多年,最近,在机器人界刮起了一阵“软萌废物风”,软体机器人成为流行,各国纷纷将目标瞄准软体机器人的研发与展示。今年4月份在韩国首尔举行的2019年IEEE软体机器人国际会议(RoboSoft 2019)就向世界展现了尖端的软体机器人。

把橡皮泥变成机器人,拢共分几步?

是谁定义了机器人的外形?

提起机器人,你首先想到的是不是金属外壳?甭管多先进,总之是金属,无坚不摧还防火防弹防小三?

然后是各种看不懂的电子元件,电线、齿轮、焊点、螺丝……像乐高一样拼接在一起,各个儿火花带闪电,化学周期表里有的没有的,机器人身上一定都有。

把橡皮泥变成机器人,拢共分几步?

电影《终结者》T-800机器人

再然后,这些机器人说话全都是一声调,有时候还自带重型武器……

如果你满足以上三条,说明你正在和青春渐行渐远。

严肃点说,上面描述的“机器人”,属于“类人机器人”,是指外观及功能模拟人类的智能机器人,可以算得上是对机器人的“狭义画像”。而现实中,机器人包含的概念远不止于此。

三千年前的“机械姬”

有专门研究机器人发展史的人员将机器人的历史追溯回公元前1066-前771年,据古籍记载,在我国西周时代,奇巧工匠偃师曾给周穆王献上过一名“人偶艺妓”,这成为人类对于机器人最早的幻想。

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西周 偃师献技

文章开篇说的关于机器人印象则更多地受近现代机器人技术发展以及机器人造型影响。

不过,无论是在影视剧还是科幻小说中,所有的机器人都被塑造为外观“拟人”却有着“超人”能力的机械体。正所谓“偃师造人、唯难于心”:有了制造机器人外形的技术,如何让机器人真的像人“有心”成为了现代科学家们钻研的课题,也就是,人工智能时代的机器人研究。

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波士顿动力公司研发的Atlas

现实中,波士顿动力公司研发的Atlas以及意大利理工学院研制的iCub都是现金机器人的代表。

机器人越像人越高级?

其实,机器人像人或者某种动物,是基于仿生学偷的懒,与其凭空想象“robot”的样子,不如依葫芦画瓢,毕竟大自然的鬼斧神工才是最暗合各种物理、化学、生物原理的,地球上每种生物的造型,早就是几千年进化的成果,是经过时间验证的“当前最优解”。所以,当科学家们要制造模拟人类行动和思维的机器时,当然优先考虑人形。

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而对机器人外形首先发问的,仍然是各类影视剧。在最近的影视剧里,对高级机器人的外形塑造已脱离“人”的外形,他们任意变形,千变万化,展现了人类脱离躯壳控制随意幻化的渴望,在中国“古典文学”里,只有“人界”之外的存在可以被赋予这样的能力。

机器人界流行“软萌废物风”

机器人科技研发多年,最近,在机器人界刮起了一阵“软萌废物风”,软体机器人成为流行,各国纷纷将目标瞄准软体机器人的研发与展示。今年4月份在韩国首尔举行的2019年IEEE软体机器人国际会议(RoboSoft 2019)就向世界展现了尖端的软体机器人。

所谓软体机器人,就是指利用柔软、可变性材料制成的机器人,在科研及实际应用中均有极大潜力,目前能够想到未来可应用的材料包括智能材料、生物材料等融合了尖端技术的单一或多元化材料。

比如说,耶鲁大学的研究人员最近就用橡皮泥作为填充物,加上一个变形层,一个运动层,开发了一款可以自己改变形状的软体机器人,并在IEEE机器人与自动化国际会议ICRA展出了。

把橡皮泥改造成机器人,总共分几步?

耶鲁大学的研究员表示,一共分三步。

第一步,把橡皮泥捏成一个圆柱形。

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第二步,给橡皮泥穿一件衣服。

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第三步,再给橡皮泥穿一件衣服。

把橡皮泥变成机器人,拢共分几步?

现在你就得到了一个橡皮泥机器人——橡皮泥中的战斗机。

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所有的奥妙都在外层的两件衣服里面。它们的功效分别在于“变形”和“运动”,可以重叠,也可以缝在一起或者粘在一起。

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变形层(Morphing Skin)和运动层(Locomotion Skin)

包裹在橡皮泥外面的变形层充满了密集的特质绳索,像一件毛衣。

它由很多平行缝在氨纶织物基材上的电缆组成,电缆之间的的间距为0.75厘米,总共有20根。

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电缆的抗拉强度,相差间距与橡皮泥的软硬程度息息相关,当一根电缆开始拉扯时,就会改变橡皮泥圆柱中间的截面半径,橡皮泥就变形了。你可以得到一个折起的橡皮泥,如果连续动作,你甚至可以看到橡皮泥在做蠕虫运动。

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橡皮泥机器人的运动层可以帮助它滚动起来。

运动层是在硅胶薄膜中制作了一系列向外,平行的气囊。

当按照一定顺序向气囊充气使其膨胀,橡皮泥圆柱就会开始滚动起来。

我们知道,当忽略摩擦,角加速度与力矩时,转动惯量的比值成正比:α=T/J。很小的压力(≈3psi)就足以快速有力地给气囊充气,让橡皮泥机器人行动起来。

把橡皮泥变成机器人,拢共分几步?

虽然看图片,橡皮泥机器人只是像一块包了报纸的烤地瓜,但变形功能加运动功能这个概念,却可以带给未来无限的可能性。

例如在搜救工作中,就可以使用橡皮泥作为材料,作为如感测器或信号发射器等装置的有效载体。由于拥有变形的能力,就可以用一个大直径的圆柱体快速穿越平坦的地形,而当遇到障碍时,机器人可以改变形状,通过障碍。

或者更广泛地说,应用方面还包括资源有限的情况,例如透过改变形状,可以从一个球状机器人变成一个机器手臂关节。利用这种变形系统,可以将橡皮泥机器人变换成不同的形状,执行不同的功能。

哈佛大学2016年宣布成功研发世界上第一个软体机器人,它的形态是一只章鱼,名叫Octobot。

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研究人员当时是从章鱼身上得到的灵感,如今,他们又从澳大利亚小孔雀蜘蛛身上得到了启发,成功研发了Octobot章鱼的进阶版“蜘蛛机器人”,不过从前那只章鱼有人手掌那么大,这个蜘蛛却是毫米级别的。

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更牛的是,“章鱼和蜘蛛”上都没有电池、芯片和硬电子元件,所以不需要链接计算机就能自主移动。章鱼体内有燃料储存系统,而小蜘蛛却是利用体内的微流体系统获得动力,不仅如此,其还同时拥有一套中空管系统,通过该系统泵输送液体驱动四肢活动。

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为了让小蜘蛛更好看,研发人员还用有色液体点缀了它的眼睛和腹部,让它更像真正的澳大利亚孔雀蜘蛛,与其说哈佛大学是软体机器人的鼻祖,不如说是仿生学届的良心。

纳米级软材料将最先应用于医疗和环境学的任务当中,抱着同样信念的还有瑞士人Gunjan Agarwal。

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他研发了一种用硅和橡胶制成的模拟肌肉运动的驱动器,他已与洛桑大学合作,利用这款软体机器人帮助中风患者复健。

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用鱼线和软体机器人制作而成的复健腰带绑在中风患者的腰间,当空气进入时,鱼线缠绕的位置将引导整个驱动器运动,从而带动患者训练帮助其恢复运动敏感度。

把橡皮泥变成机器人,拢共分几步?

软体机器人这种有趣的项目怎会少得了MIT,他们发明了一种入水遁形的机器人。

MIT的软体机器人由含水量90%的水凝胶制成,传统的水凝胶进入水中很难察觉,但是这种材质非常脆弱。MIT的天才们研发了新的化学配方,让水凝胶经紫外线的照射后韧性十足。

把橡皮泥变成机器人,拢共分几步?

他们用自己改造过的水凝胶组装出了“夺魂摸鱼爪”“疾风扫浪腿”“摇尾机器鱼”。

MIT希望利用它们替代那些打扰海底生物正常生活的水下探测器,他们也同样在医疗领域有着更大的“野心”,这些软体机器人将实现药物的长效释放以及辅助外科手术。

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