盘点机器人发展不可或缺的八大技术

当前各个国家对机器人技术都是非常的重视,人们生活对智能化要求的提高也促进了机器人的发展,在这样的背景下,机器人技术的发展可以说是一日千里,未来机器人将在以下技术的基础上飞速发展。

人机交互技术

东芝在本周举办的 Cutting-EdgeIT&Electronics.Comprehensive.Exhibition(CEATEC)展会上发布了一款全新人形交互机器人,而其最大特色就是可以通过手语与人交流。

据悉,多亏了关节中内置的43个电动机,这个名叫 AikoChihira 的女性角色机器人的肢体运动相当自然流畅,这也让手语表达成为了可能。不过,机器人动作模拟技术目前还存在诸多限制,东芝计划在2020年以前推出更为全 面智能的手语交互机器人,而实现这个目标就必须将语言表达、语音识别、动作控制等多个系统完美结合在一起。值得一提的是,AikoChihira 计划的最终目标是为老人以及老年痴呆症患者提供服务,在陪伴他们的同时还能帮助医护人员或者其亲人进行实时监护。

除了东芝以外,很多科研机构也参与了AikoChihira计划。东芝已经和大阪大学展开了深入合作,而后者则一直致力于人形机器人的设计和开发工作,所以AikoChihira才会看起来如此真实。另外,芝浦科技学院和湘南工科大学在运动传感器技术和机器人驱动技术方面也给予该项目很大帮助,而东芝则创建了AikoChihira 的运动控制与协调算法。

软体机器人控制技术

机器人在大部分人眼里一直都是像擎天柱一样的钢筋铁骨,不过事实并不总是这个样子的。最近,来自美国普渡大学的研究人员就发明了一种由轻质惰性泡沫材料制成的软体机器人,为了让它像机器手臂一样可以自由弯曲,研究人员还在在泡沫材料的表面覆盖了一层特殊的“衣服”,而这层聚合物纤维在受热的情况下可以自由改变形状和坚硬度,作用就如同附着在骨骼上的肌肉一般。

该项目的负责人称,这种能够变形收缩的机械纤维将被广泛用于机器人领域,而他们也有计划以此为基础研制新型飞行机器人。另外,由于成本低重量轻,机械纤维机器人十分适合用于太空探索,要知道每多将一克物质送上太空,整个发射成本都会显著增加,而美国航空航天局也已经开始着手研究这类软体机器人。不仅如此,对于医疗领域来说机械纤维也是一种极好的材料,比如可以制成骨折病人的外固定支架,在提高固定效果的基础上又减轻了患者的负担。

液态金属控制技术

据英国《每日邮报》9月23日报道,美国北卡罗来纳州一个科研团队日前研发出一种可进行自我修复的变形液态金属,距离打造“终结者”变形机器人的目标更进一步。

科学家们使用镓和铟合金合成液态金属,形成一种固溶合金,在室温下就可以成为液态,表面张力为每米500毫牛顿。这意味着,在不受外力情况下,当这种合金被放在平坦桌面上时会保持一个几乎完美的圆球不变。当通过少量电流刺激后,球体表面张力会降低,金属会在桌面上伸展。这一过程是可逆的:如果电荷从负转正,液态金属就会重新成为球状。更改电压大小还可以调整金属表面张力和金属块粘度,从而令其变为不同结构。

北卡罗来纳州立大学副教授迈克尔·迪基(MichaelDickey )说:“只需要不到一伏特的电压就可改变金属表面张力,这种改变是相当了不起的。我们可以利用这种技术控制液态金属的活动,从而改变天线形状、连接或断开电路等。”

此外,这项研究还可以用于帮助修复人类切断的神经,以避免长期残疾。研究人员宣称,该突破有助于建造更好的电路、自我修复式结构,甚至有一天可用来制造《终结者》中的T-1000机器人。

机器人生物行走技术

新一代微型生物机器人能收缩肌肉。美国伊利诺斯大学厄本那香槟分校工程师展示了一类行走“生物机器人”(bio-bots ),由肌肉细胞推动、电脉冲控制,研究人员能对其发号施令。相关论文在线发表于最近的美国《国家科学院学报》上。

“不管你想制造任何种类的生物机器人,由细胞驱动的生物刺激都是一项基本要求。”负责这项研究的伊利诺斯大学厄本那香槟分校生物工程主管拉什德·巴什尔说,“我们正在把工程原理与生物学整合在一起,设计开发生物机器人和用于环境、医疗方面的系统。生物学非常强大,如果我们能学习利用其优势,将带来许多好东西。”

巴什尔小组用3D打印技术造出一种柔韧的水凝胶和活细胞组成的生物机器人。以前,他们也曾用跳动的小鼠心脏细胞造出一种能自己“行走”的生物机器人,但心脏细胞不停地收缩,让他们无法控制机器人的运动。因此要用心脏细胞来设计生物机器人是很困难的,它不能随意开关、加快或减慢速度。

新设计的生物机器人受自然的肌腱骨骼启发。据物理学家组织网近日报道,他们用3D打印水凝胶制成主骨,既能支持生物结构,又能像关节一样弯曲。再把一条肌肉锚在主骨上,就像肌腱把肌肉附着在骨骼上。生物机器人的速度由电脉冲频率来控制,频率越高,肌肉收缩越快,生物机器人也就走得越快。

“骨骼肌细胞很有吸引力,你可以用外部信号来调整它的步调。”巴什尔说,“比如设计一种设备,让它能在感觉到某种化学物质或接到某个信号时开始工作,可以使用骨骼肌。我们把它作为设计工具之一,工程师在设计时,还有不同的方案。”

“这完全是自然的,我们的研究基于仿生设计原则,如肌肉骨骼系统的自组织。”论文第一作者、研究生卡洛琳·茨威特科维奇说,“本成果代表了生物机器开发与控制 方面的重要一步,能够刺激、训练或培养它们来工作。这种系统最终可能发展成一代生物器,用于药物递送、手术机器人、‘智能’移植、移动环境分析器等。”

下一步,研究人员将加强对生物器运动的控制,像集成神经元那样,用光或化学物质控制生物器向不同方向运动。“我们的目标是把这些设备用作‘自主传感器’。”巴什尔说,“比如,让它能感觉到某种化学物质,朝它运动并释放中和剂。刺激控制生物器是向此目标迈进的一大步。

机器人透视技术

据国外媒体报道,目前,美国加州大学最新研制一款具有“透视眼”能力的机器人,在两个机器人之间释放无线信号,通过测量信号强度的变化,将观察发现墙壁内部的物体。该技术可用于寻找困陷在建筑物中的伤员,或者监控家中的老年人。

该系统是由美国加州大学科学家YasaminMostofi 博士最新研制的,这两个机器人装配着轮子,一个释放无线信号,另一个探测接收信号强度。

当机器人环绕正方形混凝土建筑物时,彼此离开视线范围之内,它们能够计算出建筑物内部的事物,甚至可以识别出人类。其工作原理是当途经墙壁和其它物体时,测量信号强度的衰减程度。

通过测量无线信号的衰减情况,机器人可以绘制一张视觉地图,呈现观测大约100秒的透视景象。研究人员指出,这项研究结果非常令人满意,误差不超过5厘米。

研究小组表示,我们的目标仅是使用无线信号透视厚墙壁观察完全未知区域。这项技术可由任何无线激活装置实现,目前我们赋予机器人“透视眼”功能。

虽然一些现代无人操控机器人使用激光扫描器观察前方的物体,但却不能透视邻近的物体或者墙壁。研究人员指出,这项最新技术将是机器人运动设计的革命性创新,赋予无人操控机器人一些新的功能。

他们认为这项技术潜在广泛应用,其中包括:地震灾难之后的搜寻和营救工作。“透视眼机器人”无需挖掘便能检测探索考古遗址......

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2014-10-14

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