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别看软乎乎的!它们都是受宠的不正经机器人

发布时间:2018-04-17 16:14:32  来源:创事记   编辑:张宏伟  背景:

  文/智东西 轩窗

  上世纪,随着工业化进程的加快,分工操作越来越专业化,日复一日的相同的劳作,使人们感到乏味。他们开始寻求可自主运行的机器来替代自己,于是机器人诞生了。

  根据定义,“机器人是自动执行工作的机器装置,既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可利用人工智能技术原则进行行动。”从1959年第一台机器人诞生以来,人们开始痴迷于机器人的设计与幻想,有的从仿生学角度产生灵感,有的从机械工程角度进行设计。

  不过,机器人的研发是为了协助或取代人类进行危险的工作,目前大部分的机器人都还是硬邦邦的“硬汉”形象。人们也在拓展自己的想象和创造力,去开发像“大白”一样软萌的机器人。这种利用柔软材料来制作的机器人,被称为软体机器人,在研究领域颇受关注。

  此前,智东西曾对外骨骼机器人(我们活捉了20家外骨骼机器人公司,人类离钢铁侠不远了)、双足机器人(波士顿动力的逆天科技 被这14家公司做到了)、水下机器人(千亿美元新蓝海:机器人养鱼了解一下?)垂直机器人领域进行了系列的梳理报道,这是该系列报道的第四篇文章。

  该“硬”还是“软”

  软体机器人是柔性机器人的一种,它的模型大多来自于自然界的软体生物,如机器蛇、海洋水生动物机器人等。而其最突出的特点在于机器本体材料的选择主要是柔性的材料,而不是传统的刚性连接器和外壳,这种材料带来的优势是可用最简单的方法——3D打印的方式来制作,非常节约时间和成本。

  在驱动方式上,传统的机械性质的机器人需要马达等动力装置进行驱动。新驱动方式的研发上,目前的研究机构主要有两个方向:第一个方法是模仿人或者动物的肌肉的运动原理,第二种就是利用环境的变化来获取动力,比如温度、空气以及光照等方式。

  在概念层级上,软体机器人对标的是刚性机器人,而其凭借在机体上软的优势,在场景上也更加灵活。它可以更好适应各种环境,受到外界冲击后也不会产生大的伤害,在空间狭小、非结构下的环境下都可以完成复杂的任务,例如医疗、军事及探测领域。

  可以说,软体机器人的研究,将帮助机器人拓展到更多的场景。

  机器人“软”度大比拼

  目前,绝大部分的软体机器人都处于实验室阶段,在实际应用上还有待开发。其中美欧的软体机器人研究成果显著,也出现了许多让人难忘的软体机器人产品。

  从2011年开始,研究员们更是在软体机器人的研究上乐此不疲,推出的研究成品也让人拍手叫绝,毛毛虫机器人、蠕虫机器人、章鱼机器人等仿生的机器人,甚至还有微型软管机器人,可以说只有你想不到的软体机器人,没有他们研究不出的机器人。

  美国塔夫茨大学在软体机器人上的研究较早,他们在2007年就开始启动一项计划,设计一款具有电子原价和线路的“毛毛虫”机器人。毛毛虫机器人设计的初衷是,使其可替代人通过危险的区域,如核反应堆、雷场或是替代人类维修太空飞行器的太阳能电池板。2011年,这款机器人终于面世了,研究员们为其命名GoQBot,因其在运动时可将身体蜷缩成Q形,滚动速度达每秒0.5米。

  2011年哈佛大学,可变形软体机器人,可实现匍匐前进。此次哈佛大学的此项研究是在美国国防部的研究资助项目下进行的,有关进展本周一在《美国国家科学院院报》上作了发表。这个软体机器人体长约12.7厘米,制造的过程花费了两个月。其四肢可以各自独立操控,通过人工或计算机自动控制将压缩空气输入其肢体内进行相应驱动。这让这种新型机器人具备了无法比拟的灵活性,可以自由地在地面爬行或者滑行。说来好像很厉害的样子,其实原理非常简单:管子中供应的气体更换成甲烷和氧气的混合气,再利用微型电打火装置点燃,爆燃的气体会是软体触手在一瞬间爆炸式膨胀从而完成弹跳过程。由于制作软体机器人的材料足够柔软富有弹性,爆炸并不会摧毁它的触手。

  2014年,这一机器人得到了升级,成为世界上第一个无绳软体机器人,可在雪地、水中、火焰上行走,研究人员希望它有一天可以作为灾后的搜救工具。比如把机器人运行需要的微型压缩机、控制系统、电池等所有设备让机器人携带在自己背上。

  MIT网眼蠕虫机器人,看起来像蚯蚓,具有无线功能,由镍和钛制成的金属线制造“人造肌肉”。该机器人油麻省理工学院、哈佛大学和韩国首尔大学共同研究设计的。通过收缩身体体节,在各种表面上爬行,看起来更像一条蚯蚓。这种几乎全用软材料制造的机器人有很强的弹力。即使被踩到或用铁锤重击,它也不会受伤,仍会继续向前缓慢移动。

  2014年美国发明了一款软体机器鱼,不仅防水,而且还能模拟快速游动的鱼类。它由硅橡胶制成,能够瞬间改变移动方向,这是首个能够快速移动身体的独立自控软体机器人。机器鱼通过释放腹小罐的二氧化碳提供动力,将通过波状通道使机器鱼尾发生弯曲,在二氧化碳罐耗尽之前机器鱼能够实现30次游动。

  市场非刚需,商业化遇难题

  目前,大部分软体机器人都还停留在实验室阶段,技术落地存在一定难度。目前机器人商业化主要在工业领域,而这一领域一般都采用力量较大的刚性机器人,一方面,刚性机器人在工业领域的技术积累时间较长,技术较成熟,可实现快速部署。

  同时,刚性机器人生产的厂商也更多,售后服务体系相对完善。另一方面,软体机器人本身在材料和驱动方式上都有创新,有部分机器人采用的都是新型材料,而想要实现大规模应用,首先就要使其材料得到量产,而这些都需要机器人厂商自己去搭建。而且,现在绝大部分的软体机器人都是在商业领域,企业或是市场想要引进这项技术,还将面临着专利授权等一些列问题,不如原有方案来的简便。

  那么,软体机器人的市场到底在哪呢?从优势上看,软体机器人更加的灵活,可通过细小的缝隙等。因此,软体机器人在国防方面将有重要作用,替代人类深入到核反应堆等一些列危险区域。另外一个软体机器人潜力较大的市场就是医疗行业,软体机器人可凭借其小巧和灵活的特点,帮助人类进行精密的血管、神经组织的手术,减少原来刚性机器人对人体的损伤。

  在软体机器人市场化的进程中,最突出的问题就是非刚需,而在人们体验越来越追求精致化、精细化的今天,软体机器人在优化行业格局上是有这重要作用的。

  结语:工业、医疗是未来方向

  总体上看,软体机器人是一个非常有前景的研究领域,而其研究据智东西的观察也是从2000年之后才开始的。当前,这一研究正在学术界如火如荼的进行着,这些科学家们试图要创造出一种不同于传统机器人的新型机器人整体。

  不过,从学术界引申到商业,软体机器人确有其用武之地,一方面,刚性材料的机器人更锋利、更硬,一旦人类误用或误撞了机器,将给人类带来肉体上的伤害,而软体机器人则相对会给人类缓冲时间,不至于使人类受到大的伤害。这种将传统机器人进行优化的方式,属于用软体机器人锦上添花。而独具微小、不易察觉的场景,软体机器人将有广阔的发展空间。




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