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盘点:2016年机器人新技术突破

来源:[db:出处] 发布时间:(2018-05-20)分类:行业资讯字体:   

  当一个市场是以技术驱动的时候,来自最前沿的技术研究对于市场的影响是至关重要的。在过去的一年中,我们看到了世界上第一个完全软体自驱动机器人诞生,也看到了最会走路的Altas再次突破自己学会走“梅花桩”,这些技术的突破必将在业界产生影响。


  当一个市场是以技术驱动的时候,来自最前沿的技术研究对于市场的影响是至关重要的。在过去的一年中,我们看到了世界上第一个完全软体自驱动机器人诞生,也看到了最会走路的Altas再次突破自己学会走“梅花桩”,这些技术的突破必将在业界产生影响。


  仿生机器人


  韩研究团队打造强大人造神经,让超级计算机模仿人脑


  这是一种微型部件,其能模仿人脑神经元之间的连接方式,功能优于之前所有人造大脑设备。这些新的人造神经是一种晶体管,或是电子开关。在开和关的过程中,它们可以模仿神经元学习的方式。


  研究者在一个直径为10厘米的晶体上组装了144个神经元晶体管,这些晶体管中装有直径为200到300纳米的金属丝。其实,人类头发的平均直径为10万纳米,因此这些晶体管和神经元的细小程度可想而知,其消耗的能量也是非常之少。


  该项目由韩国浦项工科大学打造,项目负责人、材料科学家Tae-WooLee表示:”这种新的研究将能够引领未来,打造更好的机器人、自动驾驶汽车、数据挖掘、医疗诊断、股票分析,以及其他的智能人机交互系统和机器。“


  距人造人更近一步,哈佛科学家用活体细胞造了一个机器人


  一个来自哈佛大学的科研团队凭借机器人工程和基因生物学的知识,利用一些丰胸用的硅胶、一小撮黄金和20万个经基因改造过的小鼠心肌细胞,制造出了一条人造的黄貂鱼,最令人惊讶的是,小鱼还能不借助外力,自发地在营养液里向着光源游动。


  科学家们的具体做法是:用一小块硅胶注成黄貂鱼的外形,然后利用机器人形态学的技术把少量的黄金注入硅胶里形成黄貂鱼的骨骼支撑,然后在“骨骼”之上再铺一层硅胶,这是为了防止小鼠心肌细胞直接接触金属造成细胞死亡,最后将活体细胞铺在黄金骨骼之上,就构成了一个会动的人造黄貂鱼。


  其中,心肌细胞是依靠基因生物学的技术,切掉原始基因链中不需要的基因片段,嫁接上需要的,然后重新培养而成。其中科学家植入的新基因片段是一段趋光性的基因,因此该心肌细胞除了具备心脏肌肉那样的伸缩特性,还具有趋光性。这也是为什么该人造黄貂鱼不但能够自己游动,还能趋光的原因。


  目前,由于活体的心肌细胞不具备免疫系统,因此这条人造的黄貂鱼还不能在营养液之外的环境中生存。但是,哈佛的科学家表示,或许可以将这条小鱼作为一个起点,凭借机器人工程学和基因生物学技术的结合,未来或许能创造更大的奇迹。


  日本科学家造出一个“活的”机器人,可对外界刺激自发响应


  按照传统的思路,机器人是按照科学家预先写好的一段代码运行,电机受代码控制,代码怎么写,机器人就怎么动,这被认为是机器人和人类的最大区别之一。不过,随着人工智能技术的不断发展,背靠着大数据和深度学习,现在更类似于人类的机器人也屡见不鲜,比如AlphaGo就是一个例子。现在,一群来自日本东京和大阪的科学家在这个方向上又向前迈了一大步。


  7月份日本国立科学博物馆展出了一个新的机器人,它名叫Alter。与博物馆其他机器人最大的不同在于,Alter不但拥有一张拟人的脸,也有一颗拟人的心。


  如图所示,Alter目前并非一款拥有完整双足的人形机器人,它只有上半身,并且除了面部和小臂有仿生材料包裹之外,其他部分都是裸露的机械结构。它最重要也是最与众不同的地方在于一颗内置的CPG(CentralPatternGenerator,中枢模式发生器),CPG基于Izhikevich神经网络技术,可以并行提取分布在Alter身体各处的多种传感器数据,然后针对各路数据进行综合分析,通过体内42个气动装置,驱动Alter自发地做出各种拟人的动作,即所谓“自发意识”,而不是像传统机器人那样按照既定的代码一步一步运行。


  目前,Alter能够检测到周边的物体移动、温度、湿度和声波强度等多种不同维度的信息,从而做出不同响应。比如,当检测到周围有多个人向自己靠近时,Alter会自发地开始颤抖。除此之外,Alter还能根据手指的动作唱歌(目前为止只是简单的正弦波变化),能跟普通人轻松交谈10分钟以上。


  MIT成功研制人造肌肉纤维,仿生机器人已在地平线


  很多年里,研究人员一直在尝试创造出一种耐用、低成本的人造合成肌肉,但始终没有成功。至今制造出的样品要么太昂贵,无法量产(比如碳纳米管);要么太脆弱,能耗又太高,以至于没有多大实用价值。但就在近日,MIT的一支研究团队用尼龙纤维制造出了一种十分理想的、能满足所有实用性要求的人造肌肉。


  传统的方法里,让尼龙弯曲需要用到滑轮装置。这增加了系统的重量、复杂度和成本——它们恰恰是是量产新技术最需要减少的三个东西。


  MIT团队找到了一种很巧妙的方法绕过这个难题。该团队使用的是普通的尼龙丝。他们先对它压缩处理,把圆形的横截面改为矩形。接着,他们只对纤维的一侧进行加热。这样一来,加热这一侧比未加热一侧收缩得更快,强迫尼龙纤维向受热一侧弯曲。而加热源可以是任何东西,包括电阻发热,化学反应发热和激光发热。这些尼龙纤维出乎意料的非常结实耐用,可以经受10万个使用周期,并且可以在一秒内收缩17次。


  材料


  有了这种皮肤,机器人能更好地表达“情绪”


  康奈尔大学的研究人员研究出了一种特殊的“皮肤”,这是一种可发光的材料,柔软性极强,可以拉伸至六倍以上并且保持发光。这种“皮肤”由两层透明的导电水凝胶构成,两层水凝胶之间是一排电容器,它们在通电时会发光。


  这种灵感来源于章鱼,它们能根据环境很快速地改变自己的皮肤颜色从而达到伪装。研究报告第一作者、康奈尔大学机械与航空航天工程学助理教授RobShepherd认为这种“皮肤”将有两种应用方向,一种是应用在机器人上,打造出能变色和显示信息的软体机器人;一种是能变形的显示器。


  有了这种“皮肤”,机器人不仅拥有柔软的肢体,而且还能有自己的“情绪”表达,通过不同的颜色,机器人能展示自己的感受,从而与人类更好地沟通。


  用这种液态金属,可以造出现实版终结者


  澳大利亚墨尔本市RMIT大学的研究团队从无毒金属镓合金提炼了出一种特殊的导电材料,它可以自动变形,该高校的研究人员正尝试使用这种导电的液态金属制造电子元件。


  众所周知,金属镓在室温条件下就会呈现液态,如果它与铟和锡等金属混合加入到水中,并改变PH值,这种混合材料就可以神奇的实现自由移动。


  该项目的负责人库罗什·卡兰塔尔-扎德赫(KouroshKalantar-zadeh)表示:“利用这些发现,我们可以制造自主操作的移动物体、开关或水泵,由周围流体组合驱动自我组装的液态金属。”


  目前的电子设备都是基于固态元件的电路,采用这种材料的电子元件就完全可以颠覆传统的电子设备,根据需要移动和重新配置。


  当然不仅这些应用场景,通过类似的原理,未来还可以将其打造出3D液态金属机器人,就像T-1000式液态“终结者”一样。


  这种材料可实现自我驱动,自动组装机器人军队


  新发明的这种材料可以自动组装,安进机器人体内,作为独立的元件运作自如。它由球体组成,进入电场后,会自动调整到合适的形态。将来,这种材料可以用于打造一支坚韧不拔、头脑简单的机器人军队。


  这项研究是一群来自韩国蔚山科学技术大学的科学家的成果。这支国际研究队伍受到蜜蜂和蚂蚁蜂拥和集体行为的启发,他们在实验室中用电脑模型复制了这种行为,完成了初步设计。这种叫作“JanusColloids”的能够实现自我驱动的材料一旦进入电场,就随意地调节自己的状态。


  JanusColloids有正负两个电极。因为对称破缺,当Collids暴露在电场中时,电极便发生变化,从而引发不同Collids之间的电磁反应。这意味着有些颗粒相斥,有些颗粒相吸,有些颗粒保持中性。所以,这些半球才能够自然而然地变化形态,比如链条状、半球状或是团状。目前,这个材料在电脑模型和JanusColloids的二维系统中都测试过。科学家们希望能够做出三维原型来展示这种材料如何运用在实际操作中。


  这个团队在畅想,在未来的某一天,这种材料能促进药物在体内的传输。他们认为药物可以放在球体内部,当身体需要它们的时候,它们就能自动组装。这种材料既可以是独立个体,又可以用于打造自我成型的机器人,甚至用作一支军队。


  软体机器人


  波兰团队打造毛毛虫机器人:驱动和控制全靠光线


  波兰华沙大学物理学院研究团队运用液晶弹性体科技(该技术最初由佛罗伦萨LENS研究所研发),打造了一款15毫米长的仿生微型软体机器人,它能够模仿毛毛虫的步态。值得一提的是,这款机器人能从绿色光线中吸收能量,并由激光射线控制。除了在平面上爬行,它还能爬过小坡、挤过缝隙,还能运输东西。


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