进化中的“生命”——最新十大机器人技术

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随着科技的发展,机器人也从科幻慢慢走入现实,进入人类的工作与生活中。尽管当前机器人还未达到人们想象中的高度智能化,但正在向这个目标前行。

在圣经中,上帝创造了人。从中国古代公输班制造会飞的木鸟,到诸葛亮的木牛流马——剥开古代种种文字记载的神话和夸大色彩的外壳后,我们看到的是人类对“制造生命”的执着。而在近现代文学中,机器被人类赋予“生命”,成为真正的生命体;而随着科技的发展,机器人也从科幻慢慢走入现实,进入人类的工作与生活中。尽管当前机器人还未达到人们想象中的高度智能化,但正在向这个目标前行。

1.具有“肌肉记忆”功能的机械手臂

德国机器人公司Festo开发出了一种酷似象鼻的新型机械手臂,它能灵活地做出各种精确动作,并能通过类似婴儿的学习方式和“肌肉记忆”功能,学会任何人教给它的动作组合。机械手臂由许多气动管组成类似肌肉功能的环节状物体,气动管内的气压会随着机械手臂的变化而发生细微变化,从而使机械手臂做出精确动作。机械手臂能够以类似于婴儿学习抓握物体的方式——在反复尝试和出错的过程中,掌握抓住物体所需的肌肉动作。与2010年Festo推出的早期机械手臂相比,新型机械手臂的运动精准性得到极大改善,可以轻松执行换灯泡、捡花生米等任务。

2.可不停跳跃的仿生袋鼠

德国机器人公司Festo推出一种仿生袋鼠机器人,站立高度3英尺3英寸(约合1米),重量仅为15磅(约合7公斤)。该机器人精确复制了自然袋鼠的大多数典型特征,可以像一只真正的袋鼠不停的跳跃。它垂直跳跃高度可达1英尺3英寸(约合40厘米),水平跳跃距离为2英尺7英寸(约合0.8米)。

仿生袋鼠的动力来自一个贮存有高压空气的小型储罐,通过一根弹簧完成肌腱的运动功能。通过驱动器、控制技术和能量迁移技术,模仿袋鼠可以从跳跃时的每一个运作中有效恢复能量,从而完成下一次跳跃,形成连续动作。机器袋鼠在运动过程中应用到的能量产生、存储和再利用技术,对机器人技术的发展都有着非常强的指导意义。

3.可以进行复杂运动的谷歌机器人

谷歌收购的机器人工程技术厂商Boston Dynamics制造出名为“Atlas”的机器人,可以实时感知真实世界中周围环境状况,并进行相应的动作。Atlas拥有两个“立体接近相机”(stereo proximity cameras)和一个位于头部的相机,可通过头部激光障碍识别系统(LIDAR)来显示周围环境状态。该系统能够向周边环境发射多束激光,然后根据激光的反馈数据进行分析,得出周边环境全景图像,并以此做出移动路线和行动方案,从而完成分辨目标物体、接近目标以及捡起目标物体等复杂任务。

目前,一个来自美国麻省理工大学的机器人专家团队正在对“Atlas”机器人进行最后调试,希望这个机器人能够完成爬楼梯、开门、驾驶汽车等复杂任务。并且会参加将于2014年底举办的美国国防部DARPA机器人挑战赛。

4.可吸收着陆冲击力的球形机器人

美国宇航局艾姆斯研究中心正在设计一个柔软、可变形的,具有可遥控外骨骼的超级球型机器人,解决行星登陆困难的问题。超级球型机器人采用张拉整体结构,由一组连续的压杆和缆索组成。尽管没有任何刚性设备连接,也不靠轮轴或铰链进行加固,但该机器人“异常耐用、体重轻盈,而且能够展开”,其球形设计不会存在单一结点失灵的情况,并且可以在没有任何帮助的情况下,将着陆过程中产生的巨大冲击力,通过多个面进行分散、吸收,从而实现安全着陆。在成功登陆之后,它还能利用延长和收缩结构连接缆绳产生推动力,借助球体结构在行星表面滚动。这种机器人登陆天体无需携带减速伞、防撞气球和轮子,可以大大减轻飞行重量。在发射时,球星机器人可以收缩为一个很小的结构体,可以在有限的搭载空间里一次装入更多的设备。这种设计将有可能彻底颠覆现有的探测车设计理念。

这个设计很有可能会被用在土卫六的研究任务中,美国宇航局认为超级球形机器人能从距离土卫六超过62英里(99.78公里)的高度安全着陆,不会有任何损毁。

5.美国海军开始测试消防机器人

美国海军研究实验室(NRL)正在研发新型消防机器人“SAFFiR”(Shipboard Autonomous FirefightingRobot),可直接走进火灾现场执行救人行动。

SAFFiR采用一款重量较轻、耐高温的新型材料,最高可承受500摄氏度的温度。目前科研人员正在对SAFFiR的跨越障碍物、举设备、操作救火水管等技能进行测试。2014年下半年将会在一艘已经退役的USS Shadwell上进行全面测试。

6.给宇航员做外科手术的微型机器人

目前美国内布拉斯加-林肯大学的科学家研究出一款微型机器人,能够为宇航员在太空中做简单的外科手术。该机器人只有拳头大小,大约有1磅重,能够由地面上的外科医生远程遥控。在手术之前,首先完成对宇航员的固定操作,然后该机器人将会使用机械臂来进行操作,进而对宇航员的一些外科疾病进行处理。研究人员表示这款小型机器人能够进行胃溃疡穿孔或者移除宇航员结肠的手术。

7.世界最大水下步行机器人问世

日前世界上最大的水下步行机器人“Crabster CR200”研究成功。该机器人有6条腿,重635公斤,配有11部相机。这当中包括通过反射声波在浑浊海水中识别方向的声纳相机,可以拍摄由4-30帧/秒的实时视频。该机器人通过测量水流和声脉冲的速度和方向,确认它在海底的位置,并把相关信息通过一条长约500米的电缆发送给操作人员完成操控。另外,它可以利用声纳绘制海底周围环境的3D图,并以每小时1英里(约合每小时1.6公里)的最高速度移动。

8.能够自由移动的打印机器人

最近,以色列Zuta Labs公司将普通的2D打印机改造成了一台可以在纸上自由移动的机器人,它能够在纸面上自主行走完成打印任务。Zuta Labs的设计理念是为了大幅缩减打印机的外形尺寸,使之方便携带,同时又保留在大片纸张上进行打印的能力。因此,这款打印机器人的尺寸只有10×11.5厘米,足以装入书包中。机器人外壳采用了泪滴形状的设计,能够让用户更方便地把它跟纸张页角进行对齐,以确保打印出来的东西不会看上去歪歪斜斜。

机器人由电池供电(通过USB充电),充满一次电,电池可以使用大约一个小时。一个墨盒能打印超过1000页内容。它使用的是“标准”惠普喷墨打印墨盒,所以加墨成本不会太高。目前该机器人打印一页A4纸平均需要40秒的时间,并且只能进行黑白打印,无法进行彩色打印。

9.微软机器人研发获得新突破 可调取记忆相互交流

微软启动Situated Interaction项目,进行新一代人机交互系统开发。该项目已经制作出一些新型机器人,可以通过内置传感器进行多人识别,甚至还可以推断出这些人的职务以及预测他们的行为。

其中一些机器人可以像人类一样,根据已有记忆做出应对行为,比如语音助理Cortana 和Siri。这些机器人并不局限于记下使用者的日程安排,而是以此为基础,结合使用者的习惯以及目前的位置,判断出使用者目前以及接下来要做些什么。有些机器人甚至还可以相互交流,例如在使用者向导航仪问路时,处在目的地的机器人会从导航仪处获得消息,做好迎接准备。

10.能够自组织的小型建筑机器人“白蚁”

美国科学家发现,白蚁能够以群体的形式完成非常复杂的工作,而无需监督。在协同工作过程中,彼此之间也无需讨论。基于白蚁的这两点特性,科学家研制出能够自组织的小型机器建筑工人——“白蚁”。这种机器人利用红外和超声波传感器的信号引导,能够在无人监督或者指导的情况下自行建造高塔、城堡和金字塔模型。整个建造过程中,它们无需使用任何详细的图纸。

“白蚁”机器人的长度只有6英寸(约合15厘米),所使用的建筑砖由轻型泡沫制造。虽然个头太小,但所表现出来的建造能力给科学家留下深刻印象。未来,类似的自治机器人可用于建造供人类居住的建筑,例如在地震灾区等危险地区,或者建造水下栖息地,甚至在月球或者火星上建造基地。


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