解密美国机器人的四十年发展史

美国国家科学发展基金会(NSF)自成立以来,一直支持推动机器人发展的计算和工程领域的基础研究。然而,这些在传感器、机械运动和机器视觉上的早期投资,直到1972年才首次以“机器人”为题出现在美国的资助名单中。

20世纪70年代:生产车间里的机器人 在上世纪70年代中期,机器人已经开始在NSF发挥作用。在第一个项目中被视为机器人的其实是一个机械手臂(见上图),它从箱子里去除一个零件,用视觉识别它,并将它正确地放在下一步的组装线上,也是计算机控制的焊接机器人。它以及NSF资助的其他项目旨在提高美国制造的生产效率,这也是机器人学家直到今天还在努力的目标。 20世纪80年代:行走机器人的崛起 20世纪80年代开始了对更多类型机器人的探索以及他们的使用方法。 在俄亥俄州,电气工程师Robert McGhee和机械工程师Kenneth Waldron,以及由60名学生和技术助理组成的团队,共同开发了自适应悬架车(Adaptive Suspension Vehicle,ASV),绰号“步行者(walker)”,该项目由美国国家科学基金会(NSF)和美国国防部高级支持研究项目局(DAPRA)共同资助。

该ASV长17英尺,宽8英尺,高10.5英尺,并有六条腿支撑它重达3吨的铝制车身。它的目的是在崎岖、多山、结冰或者泥泞的地形中为工业或军事应用运送物资,它能够跨越9英尺宽的沟渠或7英尺高的墙。 步行者使用那个一个正向安装的雷达系统来扫描前方的地形,并馈送出该数据,根据操作者操纵杆的指示,进入到16个板载计算机上,以协调并控制ASV的腿。电脑单独控制每一条腿,上和下,前和后,离ASV的身体近和远,一个笨拙但有效的方法。 20世纪90年代:机器人探索新环境 不久之后,由美国国家科学基金会资助的研究人员为一个非常不同的环境开发机器人:水下。始于1991年,全向智能导航仪(Omni-Directional Intelligent Navigator,ODIN)是一个全球的自主水下机器人,能够向六个方向瞬间移动。1995年,它升级为ODIN II自主水下机器人。

在20世纪90年代,机器人专家开始把注意力转向可以协助完成日常任务的机器人。例如,匹兹堡大学、密歇根大学以及卡内基梅隆大学的研究人员开发了一系列的移动、个人服务机器人,比如Nursebot,它的目的是协助老年人的日常生活。

一个在长期患病的老人家里“生活”的自主移动机器人可以提醒主人吃药、与医生进行远程视频会议、收集患者数据或看护病人以免发生意外、关节炎患者的操作对象,并提供一些社会交往。新版本已经经过多年的发展,通用电气开发的医疗机器人将于2015年在Veterans Affairs医院进行测试。 2000年代:小型化和移动性 研究人员一直设想未来将机器人用于灾难恢复、搜索以及救援,但直到911事件发生,机器人才广泛应用于此。 南佛罗里达大学计算机系副教授、机器人专家Robin Murphy在世贸中心倒塌后的那天上午到达现场。Murphy为城市救援行动研发的实验性混合机器人最后是由NSF资助的。跟她在一起的还有一个应急小组,包括三名研究生-Jenn Casper、Mark Micire和Brian Minten-和软件-“有袋类”机器人系统。这些智能的“有袋类”机器人在废墟中特别有用,因为“妈妈”机器人可以释放更小的机器人去探索其他方式无法到达的空间。

在接下来的11天,该团队5次深入瓦砾堆中,经常响应联邦紧急事务管理署(FEMA)工作队小组或部门首长的要求。Murphy的机械化潜行者带有长达100英尺的系绳,远远超出消防部门的七英尺长的指挥棒。在这种情况下,他们帮忙找到了五名受害者和另一组的遗骸,尽管如此,Murphy还是为没能做得更成功而表示遗憾。 随着2000年代的推进,通过工程师的努力,以小型化的元器件制造出较之以往小得多的机器人。这一趋势的一个令人吃惊的例子是RoboBee项目,该项目在2009年被NSF计算机和信息科学与工程董事会授予探险的计算奖。

这次探险的研究人员制造了机器人蜜蜂,它可以自主飞行,协调彼此之间的活动以及蜂巢,就像真正的蜜蜂那样。该研究小组的目标驱动紧凑型、高能电源、超低功耗计算和分布式算法的多代理系统的设计的研究。最近,RoboBees在波士顿科学博物馆的一个展览上被展示用于给农作物授粉。 2010年代:投资于协作机器人 2011年6月,美国政府启动国家机器人计划(NRI)开发与人一起工作或在人旁边工作的机器人,来扩展或增强人的能力,让人和机器人发挥各自的长处。这为机器人研究提供了聚焦和资金。NRI由NSF领导,并获得了多个机构的支持,包括美国国家航空和航天局(NASA),美国国立卫生研究院(NIH),美国农业部门(USDA)和美国国防部部(DOD)。 从2011年开始,NSF和它的NRI伙伴们已经在机器人研究上投资超过1.2亿美元。 今天,机器人通过无数种方式冲击着我们的生活。机器人被用于全国各地的教室中去捕捉学生的兴趣,并帮助他们学习STEM(和非STEM)原理。他们帮助医生进行手术,给残疾人提供援助,检查桥梁和道路,以保证我们的安全。 “机器人,曾经仅存在于科幻小说中,现在已成为一个变革性的技术, NSF资助的基础研究正改变人类的生活,”前NSF历史学家Marc Rothenberg说。 虽然现在机器人还是一个新兴的研究领域,现在许多机器人的基础研究例如传感、计算机视觉、人工智能、机械工程以及很多其他领域现在还不会立即被认为是跟机器人相关的。

下一个会是什么? NSF资助的研究人员正在机器人领域做出令人难以置信的进展,创造了新一代的协同机器人,能够处理人类附近的关键任务,更安全,并比以往的智能机械有更大的弹性。

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

原文发表时间:2014-12-01

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