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【盘点】2016年机器人在研究领域上的新突破

2016-12-29 14:04
逆光飞舞
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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

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-Woo Lee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(Central Pattern Generator,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。

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