新一代的机器人

新一代的机器人

 

 

以往,机器人只存在于我们的幻想和科幻作品中,而现如今机器人已经开始大批量地被生产,以服务于千家万户。最为人们所熟知的是吸尘机器人,仅在美国已经有超过800万个家庭正在使用这种直径约0.3m、高约0.1m的小型机器人来进行家居清洁工作,除了吸尘以外,它们还可以擦地板、清洁窗户玻璃和修剪草坪。

  不过,这仅仅是一个开始,目前,机器人的开发和生产成本正极速降低,商品化的机器人以及包含传感器、支持手势和面部识别功能的类机器人产品将会越来越多。

  现如今的机器人已经不再都长的像人一样,大自然提供了更有趣的模型,机器人的设计变得越来越灵活多变,而且一些机器人甚至可以连接我们现有的设备。例如,美国Romotive所设计的机器人Romo,这款车辆型的机器人上可以插入一部iPhone,利用智能手机的处理器充当机器人的大脑,利用iPhone的通讯功能作为遥控的收发工具,摄像头、麦克风等零部件充当机器人的传感器。

事实上,许多领域都期待着机器人的加入,特别是病人护理和防灾、抗灾等领域对机器人更是翘首以待。下面,CHIP将为大家介绍机器人可以发挥所长的领域,介绍那些可能成为未来发展基石的机器人项目。

美国研制的消防机器人

 

  日常的助手和朋友

  它们可以作为一个专业的护士或者佣人来到我们家中,这其中包括重大的研究项目和一些简单的组装型机器人。

  能够想象机器人会微笑着并伸出手来要求和我们握手吗?日本本田公司的Asimo正是专门为人际交往而设计的机器人,它能够识别人的面孔和声音,可以像一个服务生一样在一大群人中穿梭以提供服务。Asimo还有一个更重要的功能是照顾长者,像日本这种人口平均年龄已经超过65岁的国家,类似的机器人有着无限广阔的应用前景。

从安抚情绪的机器人到机器人管家:东芝和松下公司以及日本的一些大学都有类似的机器人项目:RibaII能够帮助肢体残疾的患者活动、Myspoon能够为残疾人喂食。另外,松下还有一个机器人,在必要时可以变形成轮椅。不过,目前仅有少数的项目能够进入市场,成本过高是导致这些产品无法量产的主要原因。

我过研制的老年人服务机器人

 

  与此不同的是,机器人海豹Paro,全球约有超过1700Paro机器人正在使用之中,丹麦正测试将Paro用于老年痴呆症护理的临床应用,在德国也有30多个组织使用Paro展开类似的工作。这些研究工作都获得了巨大的成功,深受广大患者的关注和称赞。Paro在抚摸皮毛和其他各种不同情感的手势下会做出不同的反应,这可以给患者带来心理上的慰藉。根据托比亚斯护理人员的介绍,Paro对于70%患有痴呆症的人有效,部分病人因而大声地欢呼起来,而有的患者甚至开始用语言来表达自己的情感。

  不同于情感慰藉型的机器人,服务型的机器人行动能力更强,德国弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所的Care-O-Bot,就是为医院以及私营养老院病人提供服务而设计的机器人。Care-O-Bot使用开源的机器人操作系统ROSRobotOperatingSystem),它可以照顾病人的日常生活,例如它可以完成从书架上取下一本书或者提供饮料等任务。不论是在医疗场所还是在自己的家里,它都能够完成大量的工作,这样的机器人实用价值非常高,但是其造价也非常昂贵,当前最新版本的价格约200万人民币。因而,目前Care-O-Bot主要还是提供给各种科研院所使用。

  相比之下,使用通用的编程平台,利用现成套件的机器人项目比较容易降低成本。例如微软开发人员JordanCorrea利用Xbox控制设备Kinect和微软的机器人开发平台RDS4MicrosoftRoboticsDeveloperStudio4)开发设计出的驯狗师机器人DarwinBot成本就非常低廉,DarwinBot可以抛球和派狗去捡回球,并在狗成功捡回球之后提供一些狗粮作为奖励,而且DarwinBot还允许设备的主人使用Skype进行远程控制。

  危险环境下的救援

  无论是在自然环境下还是在建筑物中,救援机器人都能够一展身手。

  救援机器人可以在倒塌的房屋中或在我们无法进入的瓦砾中爬行搜寻生还者,它们还可以处理运输危险物品的汽车和地雷等爆炸装置,救援机器人已经在世界各个角落为我们服务了很多年。仅美国iRobot公司就已经售出了超过3000台的小型机器人,主要的买主是美国军方,机器人被用于充当战争前线的佣工。1995年日本阪神大地震,大量房屋倒塌,人们无法移动瓦砾寻找仍然生存的人,日本东北大学的活动侦测相机临危受命,进入现场负责搜救生还者。这台相机能够像蛇一样蜿蜒前进,可以通过瓦砾中最狭窄的通道。

核反应堆事故的严峻考验:近年来大红大紫的救援机器人是日本在核反应堆事故中使用的机器人Quince,它长约1m多,依靠轮子和橡胶履带行动,防尘、防水,并可以抵御各种危险的化学品。在2011年的福岛核事故中,仅有Quince能够进入核反应堆到达指定的位置测量辐射程度,其他机器人,包括美国军用机器人PackBot也无法完成这一艰巨的任务。甚至初次尝试进入反应堆的第一代Quince1号机器人也因为通信光缆被切断而陷入了进退两难的境地。因而,新的Quince机器人除了支持有线连接之外,也可以通过无线电信号来进行遥控操作和通讯。但是由于无线电通信无法通过反应堆的混凝土墙壁,因此,救援人员使用了两个Quince机器人串联起来协同工作(具体请参考本文图表中的介绍)。

Quince机器人

 

  Quince机器人的造价约为54万人民币。德国盖尔森基兴高等专业学院的苏尔曼教授认为,对于救援机器人来说这样的售价过于昂贵了,并且Quince的工作方式有较高的风险。苏尔曼教授的想法是应该使用一种廉价的侦测机器人探索目标区域,然后再建立一个网络,从现场给救援队发送图像,最后再由具体实施救援行动的机器人进入现场。盖尔森基兴高等专业学院所使用的侦测机器人是一辆载有小型路由器和电脑或者智能手机的越野模型车。模型车辆底盘上安装摄像机作为机器人的视觉传感器,由可接收和传输控制信号的可编程单片机来操作车辆,向救援队的终端发送实时图像。据苏尔曼教授的计算,包括遥控车辆底盘、摄像机、单片机和路由器等设备在内,机器人的成本只需约4000元人民币。

  自然仿生机器人

  跳蚤、鱼、狗、海鸥:仿生学工程师希望能够让机器人更加灵活和强大。

它们能够像蛇一样地爬行、像跳蚤一样地跳跃、像鱼一样地游泳,甚至是像海鸥一样地飞行,未来,将有更多机器动物会出现在我们的面前,它们通常比人形机器人更灵活和自然,并且它们正努力地变得比所模拟的动物更强大。

仿生蜘蛛

 

由美国军方慷慨解囊给予财政支持的波士顿动力学公司设计了机器狗AlphaDog,它背负设备的重量可以高达200kg,它的4条腿安装有位置传感器,可以快速前行,在崎岖不平的地方即使一条腿无法获得支撑,也仍然能够保持平衡。2012年夏天,AlphaDog将进行实地测试,测试成功后将正式投入使用。此前,波士顿动力学公司已经设计了一个类似AlphaDog6条腿机器人Rhex,这是一个水陆两用机器人,可以适应任何地形,主要用于在沼泽等特殊地形实施救援和军事侦察行动。该公司还设计了一个能够利用背负的二氧化碳进行跳跃的机器沙蚤SandFlea和一个奔跑速度高达30km/h的机器猎豹CheetahSandFlea的跳跃高度可以超过8m

 

大狗机器人

 

 

机器蜘蛛和鱼:

仿生机器人目前的发展趋势是逐渐远离金属框架,德国弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所在制作8条腿的机器人Spider时,使用三维打印机制作机器人的各个组成部分。同样,弗劳恩霍夫研究所生产的机器鱼也使用三维打印机制作,通过电脑控制激光束溶化薄聚酰胺粉末层,从而打印成机器人的部件,加上模拟鱼类行为的程序和ATMEGA8A微控制器,机器鱼的成本只需180元人民币左右。

机器鱼不仅可以作为观赏鱼的替代品,同时它也是一个开源的学习和研究项目,德国的弗劳恩霍夫费斯托研究所和费斯托仿生学习网络(FestoBionicLearningNetwork)已经建成了一个研究小组,至力于发展仿生自动化技术。他们已经建造了像大象鼻子一样能够轻轻提取物品的机器、可以像壁虎一样抓住任何物体表面的机器。更惊人的是,该研究所还建造了能够完全模仿海鸥飞行动作的智能机器鸟,智能机器鸟看起来完全就是一只海鸥,它可以完成各种军事侦察任务。

 

机器鱼博乐机器人表演

 

  作为一种生物模型,近年的发展趋势让类人机器模型显得有点过时。但实际上不是这样的,人型机器人的研究从来没有间断,美国国防先进研究项目局目前正资助波士顿动力公司开发一款名为Atlas的人形机器人,这种机器人可以直立行走,并且利用手部来保持平衡以穿过狭窄的通道,可以用于侦察或紧急救援行动,很快,我们就可以看到人型机器人会卷土重来。

  机器海豹Paro是一名治疗师

  该机器人能够响应抚摸和拥抱的手势并发出令人愉悦的叫声,为痴呆症患者提供心理上的慰藉。

  机器人护理员Care-O-Bot

  弗劳恩霍夫的机器人护理员模型的身体由多部分组成,包括一些普通的电脑零部件,还可以选配微软Kinect传感器。

  狗教练机器人DarwinBot

  微软工程师开发的狗教练,由Parallax公司的新型机器人EdieKinect组成,可以训练狗捡回抛出的球,并奖励给狗一些狗粮。

  废墟中的蛇相机

  活动侦测相机可以模拟蛇的动作,通过外部的毛发推动其前进,在废墟中活动,进行搜寻和救援。

  机器人Quince在福岛反应堆

  两个机器人负责分析反应堆的辐射情况,Quince1负责拍摄和测量辐射量,Quince2负责提供动力和进行数据收发。

  协助救援任务

  盖尔森基兴高等专业学院正在使用的3个机器人,左边的车辆提供初步的调查结果,橙色的空中机器人负责提供一个全局的视角,而履带机器人可以直接进入危险地带执行救援。

  猎豹机器人

波士顿动力公司受猎豹这种动物的启发而制作的猎豹机器人,它采用极其灵活的背部设计,是目前跑步速度最快的机器人,在跑步机上的速度可达30km/h

 

  智能机器鸟:像鸟儿一样飞行

  Festo的空中机器人由几十个零部件组成,合计重量不超过500g,机器人翅膀的关节能够模拟鸟类的翅膀活动,可以在天空中像鸟一样飞行。

  电子鱼群

  德国弗劳恩霍夫制造技术和自动化研究所在机器鱼上安装红外传感器并通过微控制器模拟鱼群的行为。机器鱼使用锂离子电池供电,可持续工作4个小时,电池耗尽后,必须充电45min

 

 

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