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軟體機(jī)器人 前所未見的機(jī)器人

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上世紀(jì),隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快,分工操作越來越專業(yè)化,日復(fù)一日的相同的勞作,使人們感到乏味。他們開始尋求可自主運(yùn)行的機(jī)器來替代自己,于是機(jī)器人誕生了。 根據(jù)定義,機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置,既可以接受人類指揮,又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序,也可利用人工智能技術(shù)原則進(jìn)行行動(dòng)。從1959年第一臺(tái)機(jī)器人誕生以來,人們開始癡迷于機(jī)器人的設(shè)計(jì)與幻想,有的從仿生學(xué)角度產(chǎn)生靈感,有的從機(jī)械工程角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 不過,機(jī)器人的研發(fā)是為了協(xié)助或取代人類進(jìn)行危險(xiǎn)的工作,目前大部分的機(jī)器人都還是硬邦邦的硬漢形象。人們也在拓展自己的想象和創(chuàng)造力,去開發(fā)像大白一樣軟萌的機(jī)器人。這種利用柔軟材料來制作的機(jī)器人,被稱為軟體機(jī)器人,在研究領(lǐng)域頗受關(guān)注。 此前,智東西曾對(duì)外骨骼機(jī)器人、雙足機(jī)器人、水下機(jī)器人等垂直機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)行了系列的梳理報(bào)道,這是該系列報(bào)道的第四篇文章。 該硬還是軟 軟體機(jī)器人是柔性機(jī)器人的一種,它的模型大多來自于自然界的軟體生物,如機(jī)器蛇、海洋水生動(dòng)物機(jī)器人等。而其最突出的特點(diǎn)在于機(jī)器本體材料的選擇主要是柔性的材料,而不是傳統(tǒng)的剛性連接器和外殼,這種材料帶來的優(yōu)勢(shì)是可用最簡(jiǎn)單的方法——3D打印的方式來制作,非常節(jié)約時(shí)間和成本。 在驅(qū)動(dòng)方式上,傳統(tǒng)的機(jī)械性質(zhì)的機(jī)器人需要馬達(dá)等動(dòng)力裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。新驅(qū)動(dòng)方式的研發(fā)上,目前的研究機(jī)構(gòu)主要有兩個(gè)方向:第一個(gè)方法是模仿人或者動(dòng)物的肌肉的運(yùn)動(dòng)原理,第二種就是利用環(huán)境的變化來獲取動(dòng)力,比如溫度、空氣以及光照等方式。 在概念層級(jí)上,軟體機(jī)器人對(duì)標(biāo)的是剛性機(jī)器人,而其憑借在機(jī)體上軟的優(yōu)勢(shì),在場(chǎng)景上也更加靈活。它可以更好適應(yīng)各種環(huán)境,受到外界沖擊后也不會(huì)產(chǎn)生大的傷害,在空間狹小、非結(jié)構(gòu)下的環(huán)境下都可以完成復(fù)雜的任務(wù),例如醫(yī)療、軍事及探測(cè)領(lǐng)域。 可以說,軟體機(jī)器人的研究,將幫助機(jī)器人拓展到更多的場(chǎng)景。 機(jī)器人軟度大比拼 目前,絕大部分的軟體機(jī)器人都處于實(shí)驗(yàn)室階段,在實(shí)際應(yīng)用上還有待開發(fā)。其中美歐的軟體機(jī)器人研究成果顯著,也出現(xiàn)了許多讓人難忘的軟體機(jī)器人產(chǎn)品。 從2011年開始,研究員們更是在軟體機(jī)器人的研究上樂此不疲,推出的研究成品也讓人拍手叫絕,毛毛蟲機(jī)器人、蠕蟲機(jī)器人、章魚機(jī)器人等仿生的機(jī)器人,甚至還有微型軟管機(jī)器人,可以說只有你想不到的軟體機(jī)器人,沒有他們研究不出的機(jī)器人。 美國塔夫茨大學(xué)在軟體機(jī)器人上的研究較早,他們?cè)?007年就開始啟動(dòng)一項(xiàng)計(jì)劃,設(shè)計(jì)一款具有電子原價(jià)和線路的毛毛蟲機(jī)器人。毛毛蟲機(jī)器人設(shè)計(jì)的初衷是,使其可替代人通過危險(xiǎn)的區(qū)域,如核反應(yīng)堆、雷場(chǎng)或是替代人類維修太空飛行器的太陽能電池板。2011年,這款機(jī)器人終于面世了,研究員們?yōu)槠涿鸊oQBot,因其在運(yùn)動(dòng)時(shí)可將身體蜷縮成Q形,滾動(dòng)速度達(dá)每秒0.5米。 2011年哈佛大學(xué),可變形軟體機(jī)器人,可實(shí)現(xiàn)匍匐前進(jìn) 哈佛大學(xué)的此項(xiàng)研究是在美國國防部的研究資助項(xiàng)目下進(jìn)行的,有關(guān)進(jìn)展本周一在《美國國家科學(xué)院院報(bào)》上作了發(fā)表。這個(gè)軟體機(jī)器人體長(zhǎng)約12.7厘米,制造的過程花費(fèi)了兩個(gè)月。其四肢可以各自獨(dú)立操控,通過人工或計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制將壓縮空氣輸入其肢體內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)驅(qū)動(dòng)。這讓這種新型機(jī)器人具備了無法比擬的靈活性,可以自由地在地面爬行或者滑行。說來好像很厲害的樣子,其實(shí)原理非常簡(jiǎn)單:管子中供應(yīng)的氣體更換成甲烷和氧氣的混合氣,再利用微型電打火裝置點(diǎn)燃,爆燃的氣體會(huì)是軟體觸手在一瞬間爆炸式膨脹從而完成彈跳過程。由于制作軟體機(jī)器人的材料足夠柔軟富有彈性,爆炸并不會(huì)摧毀它的觸手。 2014年,這一機(jī)器人得到了升級(jí),成為世界上第一個(gè)無繩軟體機(jī)器人,可在雪地、水中、火焰上行走,研究人員希望它有一天可以作為災(zāi)后的搜救工具。比如把機(jī)器人運(yùn)行需要的微型壓縮機(jī)、控制系統(tǒng)、電池等所有設(shè)備讓機(jī)器人攜帶在自己背上。 MIT網(wǎng)眼蠕蟲機(jī)器人,看起來像蚯蚓,具有無線功能,由鎳和鈦制成的金屬線制造人造肌肉。該機(jī)器人由麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)和韓國首爾大學(xué)共同研究設(shè)計(jì)。通過收縮身體體節(jié),在各種表面上爬行,看起來更像一條蚯蚓。這種幾乎全用軟材料制造的機(jī)器人有很強(qiáng)的彈力。即使被踩到或用鐵錘重?fù)?,它也不?huì)受傷,仍會(huì)繼續(xù)向前緩慢移動(dòng)。 2014年美國發(fā)明了一款軟體機(jī)器魚,不僅防水,而且還能模擬快速游動(dòng)的魚類。它由硅橡膠制成,能夠瞬間改變移動(dòng)方向,這是首個(gè)能夠快速移動(dòng)身體的獨(dú)立自控軟體機(jī)器人。機(jī)器魚通過釋放腹小罐的二氧化碳提供動(dòng)力,將通過波狀通道使機(jī)器魚尾發(fā)生彎曲,在二氧化碳罐耗盡之前機(jī)器魚能夠?qū)崿F(xiàn)30次游動(dòng)。 市場(chǎng)非剛需,商業(yè)化遇難題 目前,大部分軟體機(jī)器人都還停留在實(shí)驗(yàn)室階段,技術(shù)落地存在一定難度。目前機(jī)器人商業(yè)化主要在工業(yè)領(lǐng)域,而這一領(lǐng)域一般都采用力量較大的剛性機(jī)器人,一方面,剛性機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)積累時(shí)間較長(zhǎng),技術(shù)較成熟,可實(shí)現(xiàn)快速部署。 同時(shí),剛性機(jī)器人生產(chǎn)的廠商也更多,售后服務(wù)體系相對(duì)完善。另一方面,軟體機(jī)器人本身在材料和驅(qū)動(dòng)方式上都有創(chuàng)新,有部分機(jī)器人采用的都是新型材料,而想要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,首先就要使其材料得到量產(chǎn),而這些都需要機(jī)器人廠商自己去搭建。而且,現(xiàn)在絕大部分的軟體機(jī)器人都是在商業(yè)領(lǐng)域,企業(yè)或是市場(chǎng)想要引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù),還將面臨著專利授權(quán)等一些列問題,不如原有方案來的簡(jiǎn)便。 那么,軟體機(jī)器人的市場(chǎng)到底在哪呢?從優(yōu)勢(shì)上看,軟體機(jī)器人更加的靈活,可通過細(xì)小的縫隙等。因此,軟體機(jī)器人在國防方面將有重要作用,替代人類深入到核反應(yīng)堆等一些列危險(xiǎn)區(qū)域。另外一個(gè)軟體機(jī)器人潛力較大的市場(chǎng)就是醫(yī)療行業(yè),軟體機(jī)器人可憑借其小巧和靈活的特點(diǎn),幫助人類進(jìn)行精密的血管、神經(jīng)組織的手術(shù),減少原來剛性機(jī)器人對(duì)人體的損傷。 在軟體機(jī)器人市場(chǎng)化的進(jìn)程中,最突出的問題就是非剛需,而在人們體驗(yàn)越來越追求精致化、精細(xì)化的今天,軟體機(jī)器人在優(yōu)化行業(yè)格局上是有這重要作用的。 結(jié)語:工業(yè)、醫(yī)療是未來方向 總體上看,軟體機(jī)器人是一個(gè)非常有前景的研究領(lǐng)域,而其研究據(jù)智東西的觀察也是從2000年之后才開始的。當(dāng)前,這一研究正在學(xué)術(shù)界如火如荼的進(jìn)行著,這些科學(xué)家們?cè)噲D要?jiǎng)?chuàng)造出一種不同于傳統(tǒng)機(jī)器人的新型機(jī)器人整體。 不過,從學(xué)術(shù)界引申到商業(yè),軟體機(jī)器人確有其用武之地,一方面,剛性材料的機(jī)器人更鋒利、更硬,一旦人類誤用或誤撞了機(jī)器,將給人類帶來肉體上的傷害,而軟體機(jī)器人則相對(duì)會(huì)給人類緩沖時(shí)間,不至于使人類受到大的傷害。這種將傳統(tǒng)機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)化的方式,屬于用軟體機(jī)器人錦上添花。而獨(dú)具微小、不易察覺的場(chǎng)景,軟體機(jī)器人將有廣闊的發(fā)展空間。

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