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机器人技术发展一日千里 颠覆传统技术盘点
发表时间:2014-09-05 09:25来源:科技日报 字体:[][][] [打印] [关闭]

英国一家医院引入一批机器人,把食物由厨房运至病人手上

    据英国媒体9月2日报道,该国布里斯托尔一家刚刚建成的医院,最近引入一批名为“自动导航运载仪”(AGV)的机器人,主要负责把厨房为病人准备的食物,由厨房运至病人手上。这些机器人能自行进行准备工作,如运送冷冻的食物至厨房加热,打开大门及操作升降机也无需人类协助。

    人们生活对智能化要求的提高促进了机器人的发展,机器人技术的发展可以说是一日千里,取得了很多重大的成就,下面笔者就列举一些,让大家感受下当前机器人的神奇魅力。

    生物机器人:肌肉动力行走

    新一代微型生物机器人能收缩肌肉。美国伊利诺斯大学厄本那香槟分校工程师展示了一类行走“生物机器人”,由肌肉细胞推动、电脉冲控制,研究人员能对其发号施令。相关论文在线发表于最近的美国《国家科学院学报》上。

    “不管你想制造任何种类的生物机器人,由细胞驱动的生物刺激都是一项基本要求。”负责这项研究的伊利诺斯大学研究人员拉什德·巴什尔说,他们用3D打印技术造出一种柔韧的水凝胶和活细胞组成的生物机器人。

    新设计的生物机器人受自然的肌腱骨骼启发。用3D打印水凝胶制成的主骨,既能支持生物结构,又能像关节一样弯曲。再把一条肌肉锚在主骨上,就像肌腱把肌肉附着在骨骼上。生物机器人的速度由电脉冲频率来控制,频率越高,肌肉收缩越快,生物机器人也就走得越快。

    “骨骼肌细胞很有吸引力,你可以用外部信号来调整它的步调。”巴什尔说,“比如设计一种设备,让它能在感觉到某种化学物质或接到某个信号时开始工作,可以使用骨骼肌。我们把它作为设计工具之一,工程师在设计时,还有不同的方案。”

    这项成果代表了生物机器开发与控制方面的重要一步,能够刺激、训练或培养它们来工作。这种系统最终可能发展成一代生物器,用于药物递送、手术机器人、“智能”移植、移动环境分析器等。

    “蜂群”机器人:自行组队

    哈佛大学的研究团队使用了1000只组装简易的小型机器人组队。他们为这些小小的机器人提供了多套算法,这样它们就能移动形成多种形状。

    团队负责人、哈佛大学电子工程师介绍道:“我们打造了一个机器人版的蜂群,它专门以大部队的形式工作。不过这套系统也存有一个缺陷,那就是机器人的功能性并不强大,并且还有诸如噪音距离传感及移动困难等多个可变因 素。”他们希望打造一套可以完成复杂全局任务的机器人“蜂群”。

    目前,这套系统面临的最大问题并不是组装所需花费的时间,而是如何开发出一套可以精准控制这群小机器人的算法。

    就目前来看,现在这套系统更多的像是机器人对自己的编程控制,而不是执行一个可让人类受益的任务。另外,科研人员表示,他们未来将可能用更小的机器人打造一个更大的“蜂群”,进而了解控制体积更小机器人的方法。

    模块化机器人:自动“变形”

    瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员正在研究一种根据需要都可将其简单组装成不同家具的小型模块化机器人——它可以是桌子、椅子、长凳或者任何东西。这比选择一件功效单一的特定家具可实用太多了。

    该研究项目似乎是针对那些残疾人士开展的,因为有一台可以自动装配、并且在需要时刻能够自动翻转的椅子对他们来说意义重大。但是,这个创造对其他人来说,也有很多可开发的潜力。

    如果将其进一步小型化,模块化机器人甚至能够创建一些特有的设计。所以,有一天,你不再需要去浏览宜家的零售目录并且前往它的仓库寻得你的下一套餐厅桌椅。你只需要简单地下载指令,让机器人军团在你的指挥下自动变形为一台新的瑞典图什比风情桌子。

    透视眼机器人:救灾不再睁眼瞎

    美国加州大学最新研制一款具有“透视眼”能力的机器人,在两个机器人之间释放无线信号,通过测量信号强度的变化,可观察发现墙壁内部的物体。该技术可用于寻找困陷在建筑物中的伤员,或者监控家中的老年人。

    该系统是由美国加州大学科学家最新研制的,这两个机器人装配着轮子,一个释放无线信号,另一个探测接收信号强度。

    当机器人环绕正方形混凝土建筑物时,彼此离开视线范围之内,它们能够计算出建筑物内部的事物,甚至可以识别出人类。其工作原理是当途经墙壁和其他物体时,测量信号强度的衰减程度。

    通过测量无线信号的衰减情况,机器人可以绘制一张视觉地图,呈现观测大约100秒的透视景象。研究人员指出,这项研究结果非常令人满意,误差不超过5厘米。

    研究小组表示,我们的目标仅是使用无线信号透视厚墙壁观察完全未知区域。这项技术可由任何无线激活装置实现,目前我们赋予机器人“透视眼”功能。

    虽然一些现代无人操控机器人使用激光扫描器观察前方的物体,但却不能透视邻近的物体或者墙壁。研究人员指出,这项最新技术将是机器人运动设计的革命性创新,赋予无人操控机器人一些新的功能。

    造房子机器人:或成为未来主流

    一个被称为Minibuilders的全新3D打印建筑机器人套件,可以像建筑工人那样3D打印出一间房屋,其快速、低价、安全让建筑机器人将有可能成为下一代强大的建筑必备工具。

    其运作方式基本上和同类型的无人建筑机器人一样,逐层浇筑流体建筑材料。但是它最大的不同,就是可以打印的建筑体积更大,而且设计方法也与众不同。

    这套系统的核心是一个庞大的主部件,有两个装有液化合成大理石的大型圆筒,大理石经独特的配方制成。气胎注射筒会通过长长的管子推动材料,那些管子将被安置在一个建筑工地上,与三个敏捷的专业附属机器人协同工作。有些研究人员会觉得自己就像是一个建筑师,把自己的建筑构想通过一个巨大的独立机器变成现 实,而Minibuilders的团队扮演角色就像是一个“包工头”,在建设过程中“招募”各相关领域里的建筑专业资源。

    和构建传统建筑物一样,建筑流程需要从一个坚实的地基开始。“地基机器人”是一台装配了传感器的设备,可以沿着地上标记的线进行工作。建筑师可以在建筑台上面先勾勒出建筑的轮廓,然后地基机器人就开始进行连续螺旋式循环,浇筑好前20层建筑材料。基本上,我们可以把这个地基机器人看作是一个从底层开始堆积建筑材料的“建筑师”。

    一旦地基铺好,建筑工人可以把一个“抓握机器人”紧夹在地基上面,它和地基紧密的黏合在一起,瞬间就能变成从世界上最先进的 “小铲刀”。

    抓握机器人的喷嘴可以水平移动,使用更多材料在地基基础上来创造建筑,它还可以在建筑物上面增加动态纹理。在浇筑一层全新材料的时候,为了加速材料的干燥固化速度,抓握机器人还配置了一对加热器,这对加热器可以吹出热风,热固大理石混合。由于材料坚硬,支持在水平方向进行扩展,因而机器人可以打印屋顶或其他悬臂结构。

    可以肯定的是,Minibuilders将在未来建筑机器人领域里扮演一个非常重要的角色。

    有感情的机器人:读懂表情

    许多机器人的存在只是为了完成某些工作或特定的任务,有“情感”的机器人相信大家都只在电影中才会见到。来自东南大学机器人传感控制实验室的吴涓教授透露说,该实验室的研究团队已完成了情感交互机器人的初步设计。

    一般来说,当人和机器人接触的时候,由于机器缺乏可辨认的性格,因此和人没有情感的互动。吴涓表示,其实只要把人的表情、动作的特定的信号提取出来,再交给机器人,那么它就会识别人的表情,辨别别人对它的动作到底是粗暴还是友好,从而做出相应的反应,可以与人的情感形成互动。

    经初步设计,这个机器人通过提取人的嘴部、眼睛的几十个甚至数百个关键点的数据信 号,从而能够非常准确地读懂人的高兴、愤怒、忧伤等种种表情,并将它们模拟出来。通过感觉、触觉的设计,该机器人也能够分辨对它进行的是抚摸还是按压、打击等动作,如果对它抚摸,它会开心地笑,如果对它打压,它则会表现出很忧伤,是个有感情的机器人。

    吴涓分析说,由于目前对于人的情感的科学基础研究还不够,因此目前研究出来的情感交互机器人其实和真人的情感交互还有很大的距离,它只是能够识别一些简单的表情,对于动作的识别也局限于一些固定的动作,但是未来随着人机交互技术的进一步发展,我们和机器人的“情感”交流将会越来越顺畅。(本报综合报道)

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责任编辑: 周柏豫