Zoorobotics:新一代类似野兽的机器人即将离开实验室

直到最近,大多数机器人可以分为两种类型。 小部件是一个带有爪子,桶和轮子的设备,它只包含必要部件,并没有假装与其他机器不同(请记住星球大战中的R2-D2机器人)。

第二种类型,类人猿,相反,它们以各种可能的方式模仿他们的创造者 - 这些生物有手和手臂,腿和脚,以及面孔(想想来自同一奇妙传奇的C-3RO机器人)。 站在这些类别之间的少数人造机器人通常类似于家畜(例如,索尼的AIBO长袍),只不过是有趣的玩具。


但这不再是一个玩具 - 它发生在机器人(但很晚),他们忽略了一些东西。 一个伟大的自然设计师 - 进化 - 解决了widgethoop和类人猿都无法处理的问题。 那么为什么不模仿这些久经考验的模型,工程师认为,而不是试图战胜4亿年的自然选择?

结果是充满活力的动物类机器人。 现在工程师不仅复制了狗,还复制了高度敏感的sh ,,水禽灯,抓章鱼,爬行蜥蜴和穴居软体动物。 科学家们甚至试图以机器人的形式模仿昆虫,它们飞向空中,拍打翅膀。 这个研究方向推动了小部件和类人猿。 但在前台自信地做了一种像动物园一样。

Cecilia Laski和她在比萨的圣安娜高级研究学院领导的研究小组的例子清楚地说明了这一趋势。 他们是创建章鱼机器人的国际财团的领导者。

Zoorobotics:新一代类似野兽的机器人即将离开实验室


为了创造一种人造头足类动物,科学家开始用这种动物的器官 - 字面和比喻意义上的屠杀 - 灵活的触手。 脊椎动物的爪子被设计成能够移动肌肉,并且骨骼承载重量。 章鱼的触手没有骨头,因此它的肌肉必须同时做到。 优点是除了紧密捕获物体之外,触手还可以到达这样的角落并爬行到具有类似尺寸的爪子的脊椎动物不可接近的裂缝中。



在探索了触角后,拉斯基和她的团队创造了一个人造触手,其行为方式与自然触手相同。 它的外壳由硅树脂制成,并具有压力传感器,可传输触手触​​碰物体的信息。 护套内部是电缆和弹簧,带有高弹性镍钛合金。 由于这个触手可以缠绕在物体运动周围,令人惊讶地类似于自然。

手工制作的比赛

虽然Laski的工作可以称为单腿而不是章鱼,但她计划在两年内纠正这种情况,增加七个触手和一个控制和协调系统。 目标是创建一台机器,帮助您执行复杂的水下工作,例如,关闭流动的石油管道上的阀门。

由Paolo Dario和Caesar Stefanini领导的另一组工程师也在同一机构中复制水生动物,如七鳃鳗。

七鳃鳗 - 我们这个时代最简单的脊椎动物。 像章鱼一样,它们没有骨头(尽管它们有一个基本的软骨骨架)。 他们的神经系统也很简单,因此开始用它们研究神经结构是很好的,其发展最终随着人类大脑的形成而结束。 因此,卡罗林斯卡研究所(斯德哥尔摩)的Stan Gillner小组多年来一直在研究灯盏,以更深入地了解脊椎动物的神经系统是如何起作用的。

最近,他们正在考虑机器人灯版本。 该设备被称为“Lampetra”; 它由类似于这种动物的软骨椎骨的圆形部分组成。 电磁铁连接到每个部分,从头到尾激活电流,就像活体动物中神经信号的传播一样。 因此,该细分市场首先吸引,然后释放下一个细分市场,创造一种推动工作向前推进的波浪式运动。




Lampetra的眼睛呈小型相机的形状,可以使用从它们收集的颜色和形状信息来绕过障碍物。 该项目的主要目标是解释脊椎动物在移动时如何使用感知来定位。 但是独特的移动系统Lampetra也可以找到有用的应用,因为事实证明,这是一种在水中移动机器人的非常有效的方法。

另一位使用机器人研究真实动物行为的动物学家,来自苏黎世大学的丹尼尔赫尔曼探索了软体动物并建立了他们的机器人版本。 他试图了解贝壳的形状如何影响动物生存的机会。

许多类型的软体动物都避开捕食者,在海底挖洞。 为此,他们交替地移动外壳和柔软,肌肉发达的“腿”,它包含在水槽中。 这两个部分反过来履行锚的作用,而第二部分继续挖掘底部。 软体动物还通过它们从壳体释放的水射流来疏松沉积物。 由于这些装置在有危险的情况下,它们可以在几秒钟内从眼睛中消失。

为了理解这是如何发生的,赫尔曼设计了蛤蜊机器人。 它有一个双壳贝壳,两个可以折叠和稀释窗扇的静脉,以及一个将水推出的小泵。 研究人员仍在研究腿部结构。 当他确信这种机制可以成功挖掘时,他组织了具有不同外壳形状的机器人 - 软体动物的竞赛,以确定哪种形式更有效。 赫尔曼计划重建几种已灭绝的软体动物。 当他们的机械副本显示他们的能力时,他将能够检验现代炮弹幸存下来的假设,因为他们的炮弹形状允许他们比旧物种更有效地埋葬在海床中。

坚持住

上述项目不仅具有科学意义,而且具有实用性。 一个很好的例子是StickybotIII(来自英文粘性'粘性'和机器人),一种由Mark Kutkoski领导的一组研究人员开发的机器人壁虎。



人们长期以来一直惊讶于壁虎如何爬墙和在天花板上行走。 具有这种能力的机器人在各个领域都很有用。 壁虎的秘密在于它的手指上覆盖着许多类似于疤痕的精致构造,这些疤痕在人类指纹上可见,但有很大的压痕。 当手指压在表面上时,这些疤痕的分子由于称为范德瓦尔斯力的静电现象而吸引表面分子。 如果动物(或机器人)不是太重,则该力足以使手指与表面接触。

就像一只真正的壁虎一样,StickybotIII有四条腿,它们上面的手指上覆盖着类似的疤痕。 这种机械蜥蜴具有与活体蜥蜴相同的技巧:它不仅可以攀爬垂直墙壁,还可以克服带有壁架的墙壁。

变形机器人的使用不仅限于巧妙的移动方法。 他们也可以模仿感官,他们的敏感度远远超过人类的能力。 例如,托尼·普雷斯科特和他在谢菲尔德大学(英格兰)的研究小组正试图重建矮人海狸的过敏天线。

这些sh in住在地下,当他们在洞穴中移动时,使用触角进行定位。 英国研究人员研究了白色泼妇的慢动作视频,发现他们经常带着小胡子开车,两次触摸看起来很有趣的东西。

利用这些信息,研究人员设计了Shrewbot(来自英国.Shrew'shrew'和机器人),它再现了这种小动物头部的装置。 该设备具有不同长度的18天线; 一个特殊的程序驱动它们,每个程序独立于其他程序,并使用收集的信息来决定该对象是否值得进一步探索。 目前,Shrewbot可以区分光滑表面和凹槽表面。 研究人员希望他很快就能识别出基本的形状,如球体,立方体和圆柱体。 未来的计划 - 建造一个可以在视觉无益的地方工作的机器人,例如,在充满烟雾的建筑物中。

这一切都很好,救援机器人是一个非常有用的东西。 但是许多工程师特别热衷于创造一种可以像昆虫一样移动的机器人:飞翔,翻动翅膀,盘旋,漂浮在空中。 配备相机,这种类型的微小易挥发机器人可以趟到对人们来说太小或太危险的地方,比如敌对掩体,并报告其中发生的事情。



代尔夫特理工大学(荷兰)的Rick Ruisink领导的研究人员开发了DelFly,一种蝴蝶机器人机器人,有两对机翼和一个电动马达,迫使它们进行拍打动作。 DelFly可以快速飞行,也可以挂在空中以更好地看到某个地方。 第一个版本有一个遥控器,也就是说,它不是一个真正的自主机器人。 但她配备了摄像机,可以使用从中收集的信息来调整飞行的高度和方向。 研究人员希望他们能够扩展他们创作的能力,使其在未来变得完全自主。

飞行的幻想

另一个由洛桑理工学院的Jean-Christopher Zuhfri设计的飞行机器人AirBurr以不同的方式建造。 从表面上看,它根本不像昆虫,但表现得像昆虫一样。 这特别体现在他如何应对障碍。 他没有全力以赴地避开他们,而是能够迅速从与墙壁的意外碰撞中恢复过来。 为了做到这一点,他的撕裂式机翼和小型螺旋桨受到弹性杆的保护,机器人本身是平衡的,即使它落到地面,它总是向上用螺旋桨立即再次起飞到空中。 通过这个,他就像一个讨厌的虫子,它飞过你的房间,尽管所有试图用苍蝇拍阻止它。

这项研究的结论是机器人不必像动物一样模仿它的行为。 未来的机器人可能会像中世纪的怪物:泼妇头,章鱼触手,身体七鳃鳗。 但最有可能的是,他们将开发出不普遍但专门的设备,它们将相互合作:侦察空中工作将信息传输到陆地或水上工程,每个工作都将执行自己的特定任务。 人们可能会说,它们将形成机器人球体。
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