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大自然是最好的老师,能教出最好的机器人

2017-04-27 09:05
姚看江湖
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据PCMag.com报道,在大自然中,优雅的工程解决方案比比皆是,而机器人领域的专家们正在努力解开它们的秘密。

我和守卫用了5分多钟才穿过了利用二战时期的仓库改造的建筑,先要通过迷宫般昏暗的走廊和海绵状的轨道舱,然后穿过满是太空船骨架的实验室,最终才到达作业台,美国海军正在这里建造机器人松鼠。这种机器人松鼠的全称是中尺度机器人运动计划(MeRLIn),它可被视为啮齿怪物。到今年春天完工时,这种机器人重约9斤到20斤。

MeRLIn由矩形管和第十代狗关节腿组成,然后安装在滑动铝支柱上。旁边的深蓝色3D打印模块显示其完成时的状态:无头的四腿机器,体型与约克郡梗相当。但是当这个项目的工程师启动它进行演示时,我看到他们为何喜欢将MeRLIn打造为松鼠形态了。虽然它使用小型马达和液压驱动活塞,但它却能跳得非常高。

生物崛起

MeRLIn只是最近从动物身上找到灵感而开发出的机器人之一。动物王国充斥着许多聪明的感应和运动例证,而在电池驱动、动力有限的自动机器人世界,效率才是关键。例如模仿袋鼠的跳跃能力,可以帮助机器人实现功耗和性能之间的理想平衡:每跨出一步,这些有袋动物的后肢都会提供强大的储存能量,使得袋鼠在能量消耗较少的状态下长途旅行。

在最具创新性的机器人设计不断涌现的今天,生物学为其提供了巨大支持。看看加州大学伯克利分校的Salto,它从非洲跳高婴猴身上获得灵感。而弗吉尼亚大学的mantabot,则是模仿切萨皮克湾牛鼻魟研制的。很容易理解这样做的原因。从生物身上获得的启发在设计方面存在明显优势,特别是涉及到那些人类很难适应和完成的任务时。

从微小的苍蝇到深海鱼类甚至微生物(有些燃料电池由微生物化学驱动),大自然都在以非常有效的方式对生物进行修改和调整,以便它们适应各种环境。数百万年的进化使得动物们能够飞行、跳跃、行走以及游泳,在无形光谱中进行感知。此外,它们还有我们可能至今仍未发现的更多能力。

但是如今正在建造的生物机器人远非动物的机械复制品,它们是这些优雅生物解决方案发展的方向。现在,我们需要解析这些生物策略,并将它们的主要本质分解出来,以利用它们来实现我们的目标。科学家和工程师们建造这些能够更好移动的组件、能够深入思考的处理器以及能够精确检测的传感器,然后将它们整合成为真正有用、可批量完成难以实现的任务的方案。

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