馳騁天地的仿生機(jī)器人
盡管人類已經(jīng)借助科技的力量改造了世界，但許多技能仍然為人類所不擁有，很多惡劣的環(huán)境仍然是人類的禁區(qū)。而經(jīng)過大自然的“公平選擇”，使得某些生物具有我們所不具備的獨(dú)特“技能”“，也適合在人類難以觸及的地方生存。
那么，能否以大自然為師，如何向其他的生物學(xué)習(xí)，以提高我們?cè)谶@個(gè)星球上的適應(yīng)能力，并探索更多的未知世界？正是對(duì)這一問題的回答催生了仿生科技。
近年來，仿生科技正在快速發(fā)展，尤其是在機(jī)器人行業(yè)，從蜘蛛到鳥類，從章魚到蟑螂，各種生物為技術(shù)進(jìn)步提供了源源不斷的靈感，仿生科技也成為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。
以下是11款典型的仿生機(jī)器人。雖然其中有部分產(chǎn)品還處于試驗(yàn)階段，但這種探索將是未來各種行業(yè)應(yīng)用必須走出的一步。
1. 翻滾機(jī)器人
德國(guó)自動(dòng)化技術(shù)廠商推出了一款仿生翻滾機(jī)器人。該機(jī)器人模仿一種生活在撒哈拉沙漠的蜘蛛，這種蜘蛛不僅能在地面正常行走，還能翻滾著前進(jìn)，在平整的地面上，其翻滾的速度是行走速度的兩倍。
由于模仿了這一運(yùn)動(dòng)模式。在一些復(fù)雜的地形中，它能夠彎曲機(jī)器腿，使車身變成車輪的形狀。而在滾動(dòng)模式下，機(jī)器人比大多數(shù)腿式機(jī)器人移動(dòng)得快得多。
該機(jī)器人目前還沒有投入實(shí)際應(yīng)用，但在未來，這一模型預(yù)期可以裝備到具有高度運(yùn)動(dòng)靈敏性的平臺(tái)。
2."特工"機(jī)械魚
瑞士理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種微型機(jī)器魚，可以與斑馬魚魚群一起游泳。該機(jī)器魚長(zhǎng)7厘米，其顏色、形狀、比例和條紋圖案都與斑馬魚相似。
為了讓機(jī)器魚融入魚群，研究人員研究了魚類的行為，包括線速度、加速度、振動(dòng)、尾部運(yùn)動(dòng)節(jié)奏，魚群規(guī)模以及個(gè)體游泳距離等。
通過與斑馬魚群共同游泳，機(jī)器魚就像一名特工一樣，可以學(xué)習(xí)魚類的交流與運(yùn)動(dòng)方式，并改善其游泳機(jī)制。
3.外骨骼機(jī)器手臂
美國(guó)機(jī)器人公司最初開發(fā)了兩款外骨骼機(jī)器人：Guardian GT和Guardian XO。
Guardian GT是一套可以安裝在移動(dòng)基座上的大型機(jī)器人手臂。操作人員可將他們的手臂通過旁邊主控制器，經(jīng)由手臂和手指移動(dòng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遙控操作。Guardian GT的兩只機(jī)械手臂有2.3米長(zhǎng)，可以舉起454公斤重物。
Guardian XO是為提高力量和耐力而設(shè)計(jì)的更傳統(tǒng)的外骨骼套裝。這套外骨骼裝置還有升級(jí)版本XO Max。兩款產(chǎn)品預(yù)計(jì)將在2019年上市。該公司還設(shè)計(jì)出了一款蛇形機(jī)器人Guardian S，可以深入到地震現(xiàn)場(chǎng)，搬運(yùn)坍塌的材料，并救尋傷者。目前公司設(shè)計(jì)的多款外骨骼產(chǎn)品已經(jīng)在軍工、航空、航海、安全等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
4.3D打印仿真機(jī)器鳥
在機(jī)場(chǎng)上空，鳥類對(duì)飛機(jī)起飛和降落都構(gòu)成了很大的威脅。
荷蘭公司通過3D打印制造出兩種鳥形機(jī)器人（機(jī)器老鷹和機(jī)器游隼），可以在不借助潛在有害網(wǎng)狀物或噪音發(fā)射裝置的情況下有效地嚇跑較小的鳥類。
機(jī)器游隼身長(zhǎng)58cm，翅展長(zhǎng)度120cm，機(jī)器老鷹則比機(jī)器游隼大了一倍。這兩款機(jī)器人在空中的飛行速度可達(dá)80km/h, 需要工作人員手動(dòng)遙控操作。
5.清理太空垃圾的機(jī)器人
對(duì)于宇航員、太空飛船而言，遺留在太空中的垃圾是非常大的威脅。斯坦福大學(xué)和美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)手設(shè)計(jì)了一款能夠抓取并處理太空垃圾的機(jī)械裝置。
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的是一種使用壁虎靈感粘合劑的夾具，夾具可以在太空中快速抓住物體。該機(jī)器人受到壁虎腳部的啟發(fā)。
6.六足機(jī)器蜘蛛
中國(guó)機(jī)器人公司設(shè)計(jì)了一種消費(fèi)級(jí)全地形六足機(jī)器人，配備了紅外和激光傳感器、攝像頭、圖像視覺、三軸平衡、Wi-Fi以及雙核ARM 9處理器等，并支持無線充電。
該機(jī)器人被設(shè)計(jì)成一個(gè)平臺(tái)而不是成品，可以通過各種擴(kuò)展接口，連接更多傳感器。它采用Linux操作系統(tǒng)，并開放了各種軟件接口。開發(fā)者可以自行編寫機(jī)器人應(yīng)用，讓其完成各種復(fù)雜任務(wù)。普通用戶也可以通過模擬器進(jìn)行動(dòng)作設(shè)計(jì)。
7.蝠鲼機(jī)器人
新加坡國(guó)立大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)了一種會(huì)游泳的機(jī)器人，該機(jī)器人長(zhǎng)35cm，寬63cm，重0.7kg，可以以每秒0.7米的速度在水下“飛行”，一次充電可持續(xù)游動(dòng)10小時(shí)。
通過模仿蝠鲼，該機(jī)器人可以快速游動(dòng)。不同于使用螺旋槳的海底無人機(jī)，它幾乎沒有聲音，可以減少對(duì)海洋生物的干擾， 也可以用于檢查海底基礎(chǔ)設(shè)施，以及檢測(cè)人類無法達(dá)到區(qū)域的環(huán)境污染狀況。
8.機(jī)器人蟑螂
哈佛大學(xué)微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室推出了系列四足機(jī)器人，最新款機(jī)器人只有4.5cm大小，行動(dòng)速度可以達(dá)到17.2cm/s。
該機(jī)器人可以大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)并高速運(yùn)轉(zhuǎn)、爬升、攜帶有效載荷，并且長(zhǎng)時(shí)間不受損傷地存活。真正的突破是它的移動(dòng)方式，每條腿都有兩個(gè)致動(dòng)器，象蟑螂的關(guān)節(jié)一樣緊密相連，使其能夠騰空而起，甚至能雙腳騰空保持穩(wěn)定。
9.機(jī)器魚
麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)了一款軟體機(jī)器魚。
機(jī)器魚的背部和尾部由硅膠和柔性塑料制成，通過一個(gè)泵以交替順序?qū)⑺腿雰蓚€(gè)隔膜的方式實(shí)現(xiàn)魚尾的左右擺動(dòng)，從而使其能以近乎自然的方式在水中游動(dòng)。它的頭部由3D打印而成，并配備了魚眼鏡頭，可以捕捉水下其他魚類的高分辨率照片和錄像。
10.軟體章魚機(jī)器人
意大利圣安娜高等學(xué)院的一教授是軟體機(jī)器人領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。她開發(fā)了一種可以像章魚一樣在水中和海床上移動(dòng)的機(jī)器人。
機(jī)器人可將水吸入體腔內(nèi)并像噴氣式飛機(jī)一樣在水中移動(dòng)，還可使用其柔軟的觸手在不平坦的海底爬行。目前這種機(jī)器人概念主要用于制造業(yè)，其機(jī)械臂非常適合于重復(fù)性的、需要精確度的工作。
11.配備生物視覺傳感器的機(jī)器人
傳統(tǒng)相機(jī)可以幫助無人機(jī)確定或修訂自己所在的位置，但需要充足的光線才能有效發(fā)揮作用。依靠相機(jī)視覺的無人機(jī)也會(huì)因飛行速度過快，造成圖像畫面模糊，從而導(dǎo)致視覺算法失去作用。
為此，蘇黎世大學(xué)和瑞士國(guó)家機(jī)器人能力研究中心的研究人員為無人機(jī)提供了一種全新的視覺方式。他們受生物視覺啟發(fā)而發(fā)明的相機(jī)被稱為“基于事件的相機(jī)”，采用生物視覺傳感器，可輸出像素級(jí)亮度變化，而不是標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度幀。有了它，無人機(jī)就能夠輕松應(yīng)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)，以及接近黑暗的環(huán)境。
那么，能否以大自然為師，如何向其他的生物學(xué)習(xí)，以提高我們?cè)谶@個(gè)星球上的適應(yīng)能力，并探索更多的未知世界？正是對(duì)這一問題的回答催生了仿生科技。
近年來，仿生科技正在快速發(fā)展，尤其是在機(jī)器人行業(yè)，從蜘蛛到鳥類，從章魚到蟑螂，各種生物為技術(shù)進(jìn)步提供了源源不斷的靈感，仿生科技也成為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。
以下是11款典型的仿生機(jī)器人。雖然其中有部分產(chǎn)品還處于試驗(yàn)階段，但這種探索將是未來各種行業(yè)應(yīng)用必須走出的一步。
1. 翻滾機(jī)器人
德國(guó)自動(dòng)化技術(shù)廠商推出了一款仿生翻滾機(jī)器人。該機(jī)器人模仿一種生活在撒哈拉沙漠的蜘蛛，這種蜘蛛不僅能在地面正常行走，還能翻滾著前進(jìn)，在平整的地面上，其翻滾的速度是行走速度的兩倍。
由于模仿了這一運(yùn)動(dòng)模式。在一些復(fù)雜的地形中，它能夠彎曲機(jī)器腿，使車身變成車輪的形狀。而在滾動(dòng)模式下，機(jī)器人比大多數(shù)腿式機(jī)器人移動(dòng)得快得多。
該機(jī)器人目前還沒有投入實(shí)際應(yīng)用，但在未來，這一模型預(yù)期可以裝備到具有高度運(yùn)動(dòng)靈敏性的平臺(tái)。
2."特工"機(jī)械魚
瑞士理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種微型機(jī)器魚，可以與斑馬魚魚群一起游泳。該機(jī)器魚長(zhǎng)7厘米，其顏色、形狀、比例和條紋圖案都與斑馬魚相似。
為了讓機(jī)器魚融入魚群，研究人員研究了魚類的行為，包括線速度、加速度、振動(dòng)、尾部運(yùn)動(dòng)節(jié)奏，魚群規(guī)模以及個(gè)體游泳距離等。
通過與斑馬魚群共同游泳，機(jī)器魚就像一名特工一樣，可以學(xué)習(xí)魚類的交流與運(yùn)動(dòng)方式，并改善其游泳機(jī)制。
3.外骨骼機(jī)器手臂
美國(guó)機(jī)器人公司最初開發(fā)了兩款外骨骼機(jī)器人：Guardian GT和Guardian XO。
Guardian GT是一套可以安裝在移動(dòng)基座上的大型機(jī)器人手臂。操作人員可將他們的手臂通過旁邊主控制器，經(jīng)由手臂和手指移動(dòng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遙控操作。Guardian GT的兩只機(jī)械手臂有2.3米長(zhǎng)，可以舉起454公斤重物。
Guardian XO是為提高力量和耐力而設(shè)計(jì)的更傳統(tǒng)的外骨骼套裝。這套外骨骼裝置還有升級(jí)版本XO Max。兩款產(chǎn)品預(yù)計(jì)將在2019年上市。該公司還設(shè)計(jì)出了一款蛇形機(jī)器人Guardian S，可以深入到地震現(xiàn)場(chǎng)，搬運(yùn)坍塌的材料，并救尋傷者。目前公司設(shè)計(jì)的多款外骨骼產(chǎn)品已經(jīng)在軍工、航空、航海、安全等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
4.3D打印仿真機(jī)器鳥
在機(jī)場(chǎng)上空，鳥類對(duì)飛機(jī)起飛和降落都構(gòu)成了很大的威脅。
荷蘭公司通過3D打印制造出兩種鳥形機(jī)器人（機(jī)器老鷹和機(jī)器游隼），可以在不借助潛在有害網(wǎng)狀物或噪音發(fā)射裝置的情況下有效地嚇跑較小的鳥類。
機(jī)器游隼身長(zhǎng)58cm，翅展長(zhǎng)度120cm，機(jī)器老鷹則比機(jī)器游隼大了一倍。這兩款機(jī)器人在空中的飛行速度可達(dá)80km/h, 需要工作人員手動(dòng)遙控操作。
5.清理太空垃圾的機(jī)器人
對(duì)于宇航員、太空飛船而言，遺留在太空中的垃圾是非常大的威脅。斯坦福大學(xué)和美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)手設(shè)計(jì)了一款能夠抓取并處理太空垃圾的機(jī)械裝置。
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的是一種使用壁虎靈感粘合劑的夾具，夾具可以在太空中快速抓住物體。該機(jī)器人受到壁虎腳部的啟發(fā)。
6.六足機(jī)器蜘蛛
中國(guó)機(jī)器人公司設(shè)計(jì)了一種消費(fèi)級(jí)全地形六足機(jī)器人，配備了紅外和激光傳感器、攝像頭、圖像視覺、三軸平衡、Wi-Fi以及雙核ARM 9處理器等，并支持無線充電。
該機(jī)器人被設(shè)計(jì)成一個(gè)平臺(tái)而不是成品，可以通過各種擴(kuò)展接口，連接更多傳感器。它采用Linux操作系統(tǒng)，并開放了各種軟件接口。開發(fā)者可以自行編寫機(jī)器人應(yīng)用，讓其完成各種復(fù)雜任務(wù)。普通用戶也可以通過模擬器進(jìn)行動(dòng)作設(shè)計(jì)。
7.蝠鲼機(jī)器人
新加坡國(guó)立大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)了一種會(huì)游泳的機(jī)器人，該機(jī)器人長(zhǎng)35cm，寬63cm，重0.7kg，可以以每秒0.7米的速度在水下“飛行”，一次充電可持續(xù)游動(dòng)10小時(shí)。
通過模仿蝠鲼，該機(jī)器人可以快速游動(dòng)。不同于使用螺旋槳的海底無人機(jī)，它幾乎沒有聲音，可以減少對(duì)海洋生物的干擾， 也可以用于檢查海底基礎(chǔ)設(shè)施，以及檢測(cè)人類無法達(dá)到區(qū)域的環(huán)境污染狀況。
8.機(jī)器人蟑螂
哈佛大學(xué)微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室推出了系列四足機(jī)器人，最新款機(jī)器人只有4.5cm大小，行動(dòng)速度可以達(dá)到17.2cm/s。
該機(jī)器人可以大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)并高速運(yùn)轉(zhuǎn)、爬升、攜帶有效載荷，并且長(zhǎng)時(shí)間不受損傷地存活。真正的突破是它的移動(dòng)方式，每條腿都有兩個(gè)致動(dòng)器，象蟑螂的關(guān)節(jié)一樣緊密相連，使其能夠騰空而起，甚至能雙腳騰空保持穩(wěn)定。
9.機(jī)器魚
麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)了一款軟體機(jī)器魚。
機(jī)器魚的背部和尾部由硅膠和柔性塑料制成，通過一個(gè)泵以交替順序?qū)⑺腿雰蓚€(gè)隔膜的方式實(shí)現(xiàn)魚尾的左右擺動(dòng)，從而使其能以近乎自然的方式在水中游動(dòng)。它的頭部由3D打印而成，并配備了魚眼鏡頭，可以捕捉水下其他魚類的高分辨率照片和錄像。
10.軟體章魚機(jī)器人
意大利圣安娜高等學(xué)院的一教授是軟體機(jī)器人領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。她開發(fā)了一種可以像章魚一樣在水中和海床上移動(dòng)的機(jī)器人。
機(jī)器人可將水吸入體腔內(nèi)并像噴氣式飛機(jī)一樣在水中移動(dòng)，還可使用其柔軟的觸手在不平坦的海底爬行。目前這種機(jī)器人概念主要用于制造業(yè)，其機(jī)械臂非常適合于重復(fù)性的、需要精確度的工作。
11.配備生物視覺傳感器的機(jī)器人
傳統(tǒng)相機(jī)可以幫助無人機(jī)確定或修訂自己所在的位置，但需要充足的光線才能有效發(fā)揮作用。依靠相機(jī)視覺的無人機(jī)也會(huì)因飛行速度過快，造成圖像畫面模糊，從而導(dǎo)致視覺算法失去作用。
為此，蘇黎世大學(xué)和瑞士國(guó)家機(jī)器人能力研究中心的研究人員為無人機(jī)提供了一種全新的視覺方式。他們受生物視覺啟發(fā)而發(fā)明的相機(jī)被稱為“基于事件的相機(jī)”，采用生物視覺傳感器，可輸出像素級(jí)亮度變化，而不是標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度幀。有了它，無人機(jī)就能夠輕松應(yīng)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)，以及接近黑暗的環(huán)境。
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