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快看这些机器人,简直要成精了!

科普中国-我是科学家 2019-05-22

  作者:莔莔

  编辑:Yuki

  从《超能陆战队?#36820;健?#25112;斗天使:阿丽塔》,机器人技术始终是科?#31859;?#21697;所关注的主要领域之一。而随着科学技术的发展,工业机器人、类人机器人、柔性机器人、纳米机器人等等,早已不再仅仅是科幻小说里的构想。不知不觉间它们已经来到了我们身边,也许很快就会改变我们?#32435;?#27963;。《科学:机器人》杂志前段时间评选出了2018年度十大机器人技术,让我们一起来围观下都有哪些机器人强势出镜吧!

  

  《科学:机器人》杂志。图片来源:sciencemag.org

  01

  波士顿动力公司的Atlas

  Atlas?#32435;?#39640;是1.5米,体重则有75公斤,按人类的标准来讲可谓是一个“小胖子”。但是这个机器小胖子却十分灵活,能够在崎岖的地形上行走,在受到干扰时保持平衡,还能像体操运动员一样后空翻。在最新的视频里,它甚至能像人类一样“跑酷?#20445;性?#27969;水般地跳过圆木、跳上层层堆叠的木箱。Atlas使用视觉系统测?#24247;?#36305;酷障碍的距离并调整自身,是机器人行动能力上的一个新突破。

  

  “活蹦乱跳”的Atlas。

  02

  达?#31227;鍿P平台

  机器人手术是近些年来最重要的手术创新之一,如今越来越多的手术也开始使用机器人来完成。而临床上的进一?#25509;?#29992;,则取决于能否继续降低成本并扩展其应用?#27573;Аntuitive Surgical研发的达?#31227;?#24179;台一直是该领域的?#30830;妗?#22806;科医生可以从一根仅2.5厘米粗细的插管内,控制三个灵活可动的手术工具,同时使用铰链式内窥镜观察深部病变。

  

  达?#31227;鍿P平台。

  03

  可以生长的柔性机器人

  想象一下,如果?#25345;?#26426;器人能够模仿葡萄藤、神经元或真菌菌?#24247;纳?#38271;过程,并将其放大、加速、进行控制,该会是怎样一?#20013;?#24577;?研究人员设计了一?#32456;?#21472;式的管状柔性材料,加压时前部的材料会被向外推动,从而使得整个机器人向外生长。这?#22336;?#29983;的柔性机器人设计能够在复杂环境中避开障碍、在管道中进行导航,因而有望用于医疗设备以及探索和搜救机器人的研发。

  

  可以生长的柔性机器人。

  04

  用来打印柔性机器人的新型材料

  液晶弹性体相当于一?#24535;?#26377;液晶性质的橡胶,它可以随着温度的变化而产生形变,作为机器人的执行器使用。在高温下用液晶弹性体墨水进行3D打印,能够方便地设计并制造出具有特定结构功能的液晶弹性体,有助于大尺寸柔性机器人及其动态功能结构?#32435;?#35745;。

  

  液晶弹性体。图片来源:参考文献[1]

  05

  仿肌肉执行器

  Peano-HASEL是一种?#35813;?#19988;具有传感反馈的柔性执行器,它模拟了肌肉的工作方式,结合了静电和液压原理,在施加电压的时候能够产生线性收缩。这种执行器功能?#30475;螅?#29992;途广泛,同时又成?#38236;?#24265;,通过塑封技术及廉价?#32435;?#29992;材料即可生产。它“臂力惊人?#20445;?#29978;至可以举起自身200倍以上的重量。

  

  可以模仿肌肉的执行器。

  06

  用DNA来组装纳米机器人

  DNA不仅可以作为遗传物质,还能?#31859;?#32435;米机器人的驱动部件,在纳米尺度上折叠成不同的形状。一个按照设计组装好的DNA“零件?#20445;?#21487;以在外?#24247;?#22330;作用?#38470;?#34892;精确的纳米级运动。这些纳米级机器人系统可以“搬运”分子或纳米颗粒,也可以在纳米尺度去合成和组装新型材料。

  

  DNA来组装纳米机器人。图片来源:参考文献[1]

  07

  仿生振翼机器人:DeIFIy Nimble

  仿生机器人技术既是人类对自然的模仿,同时也有助于人类?#20113;?#26426;理?#32435;?#20837;理解。DelFly Nimble是一款可编程的小?#25512;?#32764;飞行器,具有出色的灵活性,能够进行360°侧倾和俯仰翻转。它的大小约是果蝇的50倍,可以精确地再现果蝇的快速逃逸动作。

  

  仿生振翼机器人:DelFly Nimble。图片来源:参考文献[1]

  08

  柔性外骨骼:可穿戴式机器人

  钢铁侠的?#25581;?#34429;然很气派,但若当作平常人日常生活中佩戴的外骨骼,就显得有些笨重了。而下面这?#26234;?#30408;而有弹性的动力外套,提供了整合面料设计、传?#23567;?#25511;制和驱动的新方法,能够增加穿着者的力量、平衡性及耐力。潜在的应用包括帮助老年人增强肌肉力量,支持他们的活动性和独立性,以及治疗帕金森病引起的运动障碍等等。

  

  可穿戴式机器人。图片来源:参考文献[1]

  09

  UR机器人?#30452;跜obots

  工业机器人是最早开始商用的机器人技术之一。从实验室、工厂、物流到外科手术,Universal Robots(UR)机器人?#30452;?#24320;始变得无处不在。新型e系?#34892;?#20316;机器人呼应了协同自动化的大趋势,可以通过动手演示而非编程进行学习。借助更完善的安全性设计,机器人可以在更丰富的环境下与人互动,和人类操作员共同学习、协作。

  

  UR机器人?#30452;跜obots。

  10

  索尼的aibo

  在著名的玩具狗aibo诞生20年之际,索尼终于推出了它的最新款。它带来了新的外观、更强的语音理解以及学习能力,可以为儿童及老年人提供情?#20449;?#20276;。它的核心功能是去理解用户感受、与用户互动,以及“推测”用户的意图。在此基础上,aibo能够“随机应变?#20445;?#26681;据环境变化进行学习,而不是仅仅遵照编写好的程序执行动作。

  

  aibo能够“随机应变。图片来源:参考文献[11]

  自科?#31859;?#23478;艾萨克·阿西莫夫提出用机器人学(Robotics)一词来描述这一研究领域以来,机器人技术已经发展了接近60年。虽然这些机器距离真正的自律型机器人还很遥远,但它们已经开始成为这个现代社会不可或缺的一部分。也许很快,人类就要迈入一个身边遍布机器人的新纪元了呢。

  

  作者名片

  

  排版:凝音

  题图来源:Unsplash

  参考文献:

  [1] Yang G Z, Full R J, Jacobstein N, et al. Ten robotics technologies of the year[J]. Sci. Robot., 2019, 4(16): eaaw1826.

  [2] https://www.bostondynamics.com/

  [3] https://www.intuitive.com/

  [4] Hawkes E W, Blumenschein L H, Greer J D, et al. A soft robot that navigates its environment through growth[J]. Science Robotics, 2017, 2(8): eaan3028.

  [5] Kotikian A, Truby R L, Boley J W, et al. 3D printing of liquid crystal elastomeric actuators with spatially programed nematic order[J]. Advanced Materials, 2018, 30(10): 1706164.

  [6] Kellaris N, Venkata V G, Smith G M, et al. Peano-HASEL actuators: Muscle-mimetic, electrohydraulic transducers that linearly contract on activation[J]. Science Robotics, 2018, 3(14): eaar3276.

  [7] Kopperger E, List J, Madhira S, et al. A self-assembled nanoscale robotic arm controlled by electric fields[J]. Science, 2018, 359(6373): 296-301.

  [8] Karásek M, Muijres F T, De Wagter C, et al. A tailless aerial robotic flapper reveals that flies use torque coupling in rapid banked turns[J]. Science, 2018, 361(6407): 1089-1094.

  [9] Ding Y, Kim M, Kuindersma S, et al. Human-in-the-loop optimization of hip assistance with a soft exosuit during walking[J]. Sci. Robot., 2018, 3(15): eaar5438.

  [10] https://www.universal-robots.com/

  [11] https://us.aibo.com/

责任编辑?#21644;?#36229;

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