[圖文]未來機器人蛇行天下 | 陽光歷史

 

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[圖文]未來機器人蛇行天下

2015年05月21日 科學探秘-長篇 暫無評論 閱讀 260 次


蛇形機器人通過體內的運動或「蛇皮」運動提供前進的動力。



仿蛇機器人的獨特功能之一就是像蛇一樣爬樹。



喬塞特開發的蛇形機器人可以左右擺動身體遊泳。



除了爬樹,機器蛇還可以沿著人腿爬上身。



「蛇醫生」身材細小,可以在手術部位遊走。


蛇樣機器人可以在任何地形下靈活機動。


  人們的定勢思維中總會期待機器人是個人樣,事實上絕大部分機器人也在努力向人看齊學習直立行走。不過近來美國的研究者卻在開發一種像蛇的機器人,外表和行動方式都像蛇,而且具有人形機器人所沒有的功能,比如在複雜地形中行動、爬樹、鑽進逼仄的狹窄空間等。科學家預測,蛇形機器人或將代表新一波機器人的潮流。


  目前,絕大部分機器人都是在固定的或移動的平台上進行活動的;雖然移動平台增加了活動範圍,不過大部分機器人仍無法在三維的空間裡任意移動。能否讓機器人在三維空間內機動,而且啥樣的地形都不怕?這正是美國卡內基·梅隆大學的豪伊·喬塞特所要解決的問題。


  長得像蛇擅「鑽營」


  喬塞特設計的機器人不但能夠根據地形計畫行走路線,動作上還有很大的自由度,機動性高動作靈活,擁有多種行走和步態方式。更重要的是,這種機器人長得像蛇,能穿過逼仄的或者人及普通機器無法到達的地方,穿越障礙物以及遊泳爬樹等。「這種搜救機器人專門針對有限的空間,比如倒塌的建築或煤礦等。救援人員可以隨身攜帶以協助搜救。」喬塞特說,「它們可以遊泳、翻越籬笆牆,還可以爬竿,穿越草地,飛越灌木叢等。另外,還可以幫助考古學家去鑽山洞,既作為探索工具,又把人類對古跡的破壞減少到最小。」


  火眼金睛「識辯路」


  要想讓機器人征服複雜的地形,最理想的情況莫過於給他們加裝傳感器或激光,即時繪出前方地形進而決定移動的方式,正如我們用眼睛和其他感覺器官指引行動一樣。喬塞特就給他的機器蛇安裝了超聲波感受器、攝像機以及光感設備。這樣,機器蛇可以準確地「看到」面前的道路狀況,「趨利避害」,並做出相應的行動計畫。


  花樣動作能跑能爬


  除了超強的觀察能力,還需要應對有挑戰地形的能力。喬塞特和研究團隊正在開發多種行走步態,使機器蛇可以克服障礙。步態,其實就是一套動作控制系統,就像馬跑動時,腳踝、膝蓋和臀部都要用力一樣。機器蛇便擁有此種能力,在移動之前先要先在體內進行一番動作協調,針對不同地形邁出相應的步態以征服障礙物。機器蛇不是在固定的基地上運動,而且通過履帶式「蛇皮」或內部形狀改變提供向前的動力。可以線性前進,還能爬坡、翻越障礙等。還能夠左右擺動前進,這樣就可以在水中遊泳了。


  「蛇醫生」做心臟手術


  喬塞特在讀研究生時,就參與了機器蛇項目的研究,畢業後成為卡內基·梅隆學院的教員後,又繼續了這個研究。他參與研究的微創手術機器蛇Cardioarm只有1厘米長,重不過85克,很是玲瓏。馬達開動以後,它的關節能夠做102度的自由扭動。今年2月,cardioarm做為「助理」幫醫生成功進行了一次微創心臟手術,避免了一次開胸手術。


  除了蛇,還有蠍子、蟑螂


  隨著機器人研究的發展,仿生機器人也越來越多。長約50厘米的機器蠍子與其他傳統的機器人不同,它沒有解決複雜問題的能力。機器蠍子幾乎完全依靠反射作用來解決行走問題。這就使得它能夠迅速對困擾它的任何事物做出反應,它的頭部有兩個超聲波傳感器。如果碰到高出它身高50%的障礙物,它就會繞開。而且,如果左邊的傳感器探測到障礙物,它就會自動向右轉。


  不只是蠍子,就連蟑螂也能給科學家提供設計的靈感,科學家們發現,蟑螂在高速運動時,每次只有三條腿著地,一邊兩條,一邊一條,循環反覆,根據這個原理,仿生學家製造出機械蟑螂,它不僅每秒能夠前進三米,而且平衡性非常好,能夠適應各種惡劣環境,不遠的將來,太空探索或排除地雷,就是它的用武之地。


  麻省理工學院的機器梭子魚,是世界上第一個能夠自由遊動的機器魚。它大部分是由玻璃纖維製成的,上覆一層鋼絲網,最外面是一層合成彈力纖維。尾部由彈簧狀的錐形玻璃纖維線圈製成,從而使這條機器梭子魚既堅固又靈活。一台伺服電動機為這條機器魚提供動力。


  另外,機器蜘蛛是太空工程師從蜘蛛攀牆特技中得到靈感而創造出的。它安裝有一組天線模仿昆蟲觸角,當它邁動細長的腿時,這些觸角可探測地形和障礙。機器蜘蛛原形很小,直立高度僅18厘米,比人的手掌大不了多少。「蜘蛛人」們不僅能攀爬太空越野車無法到達的火星陡坡地形,而且成本也經濟許多,這樣,一大批太空「蜘蛛人」就會遍佈在火星大地的各個角落。


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