通過從自然界汲取靈感,科學(xué)家們往往可以創(chuàng)造出比傳統(tǒng)制造功能更多、更靈活的物件——譬如說,軟體機(jī)器人。
軟體機(jī)器人是一種新型柔韌機(jī)器人,作為一項(xiàng)新的交叉研究,它結(jié)合了柔性電子、仿生力學(xué)、生物學(xué)、智能高分子材料、人工智能、3D打印等前沿技術(shù)。而很多軟體機(jī)器人的設(shè)計(jì)靈感,都來自于仿生學(xué)——模仿人類的內(nèi)部構(gòu)造或昆蟲的外形架構(gòu)等。
軟體機(jī)器人因自身材質(zhì)而擁有一個(gè)突出特點(diǎn),就是在與人近距離接觸時(shí)不會(huì)產(chǎn)生較大的安全威脅,因而在未來的人機(jī)交互中被科學(xué)家和工程師寄予厚望。
傳統(tǒng)機(jī)器人:我們的愛與怕
人們渴望家用和救援型機(jī)器人能得到更好的普及,但也擔(dān)心它們會(huì)失去控制——萬一程序錯(cuò)亂,那畫面會(huì)不會(huì)變成一個(gè)機(jī)器人將它鋼筋鐵骨的手臂砍向人類?
早在1940年,阿西莫夫提出了著名的“機(jī)器人三大法則”,規(guī)定所有機(jī)器人程序必須遵守:一、機(jī)器人不得傷害人類,或袖手旁觀坐視人類受到傷害;二、除非違背第一法則,機(jī)器人必須服從人類的命令;三、在不違背第一及第二法則下,機(jī)器人必須保護(hù)自己。1985年,三大法則又得到擴(kuò)充,加入第零號(hào)法則:機(jī)器人要保護(hù)人類整體利益不受傷害,其他三條須以此為前提。
其中的第一法則讀起來最簡(jiǎn)單,我們?nèi)祟惸艹浞掷斫?,卻很難“教”給一個(gè)機(jī)器人。至少目前,我們無法保證機(jī)器人能做到“持刀不傷人”。
而軟體機(jī)器人的柔軟度和可拉伸程度,都跟人體皮膚和肌肉非常接近,當(dāng)它們?yōu)槿祟愘N身提供救援、幫助,甚至人們將軟體機(jī)器設(shè)備穿戴上身時(shí),親和性更好,也更安全。
“捕蠅草”:智能微機(jī)器人的曙光
英國(guó)《自然·通訊》雜志22日刊登的一篇論文,介紹了一種模仿捕蠅草的柔軟的機(jī)器人,其可以很好的感知并抓取物體。這種簡(jiǎn)單的、能夠識(shí)別目標(biāo)的軟體機(jī)器人,被認(rèn)為是最適合用來自動(dòng)處理精巧物體的機(jī)器人。
這項(xiàng)成果其實(shí)屬于材料科學(xué)的最新突破。長(zhǎng)期以來,機(jī)器人工程師們渴望能制造一種人類友好型的、可安全接觸的軟體機(jī)器人,但是這類裝置的自動(dòng)化一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。而解決方法之一,就是采用全新材料——一種能夠響應(yīng)光刺激而改變形狀的材料。
科學(xué)家之前在這方面的嘗試,都需要借助外部照明,但效果并不理想。而芬蘭坦佩雷理工大學(xué)研究人員阿萊·普萊馬基及其同事,此次將光響應(yīng)液晶高彈體與光學(xué)纖維相結(jié)合,克服了外部激活需求。根據(jù)他們的方法,光纖維照射目標(biāo)物體,反射的光將誘導(dǎo)液晶高彈體彎曲。響應(yīng)性材料發(fā)生彎曲后,能夠抓取任何形狀的微型物體,譬如說進(jìn)入機(jī)器人視野的“人造昆蟲”。
該軟體機(jī)器人被設(shè)計(jì)為能夠抓取質(zhì)量為其自重幾百倍的物體,而且在光滅后,物體即被釋放。這種可以自我調(diào)控的光驅(qū)型軟體機(jī)器人,能夠自動(dòng)識(shí)別不同物體,將為智能微機(jī)器人奠定基礎(chǔ)。
“大蜘蛛”:輕松駕馭復(fù)雜地形
名為“大蜘蛛”的軟體機(jī)器人,由來自加州大學(xué)圣地亞哥分校機(jī)械工程學(xué)家邁克·托雷及其帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造。其最突出的本領(lǐng)是:能輕松駕馭各種復(fù)雜地形。
這種軟體機(jī)器人貌如其名,呈蜘蛛狀趴伏在地面上,黑色的四條腿都是通過3D打印技術(shù)制成。很特別的是,它行走的方式不是“邁開腿”,而更像是蠕動(dòng)著前進(jìn),類似于海星的前行方式,這使它不但能夠通過砂石等粗糙路面,還能從更大物體上方越過。
同“捕蠅草”軟體機(jī)器人相似,“大蜘蛛”機(jī)器人也沒有采用硬質(zhì)的金屬素材,只是在柔性腿部中融入了一些剛性的材料,使之能更好地駕馭地形的變換。所以,它在和人進(jìn)行交互的時(shí)候也比較安全。
“大蜘蛛”機(jī)器人未來能夠用于勘察惡劣環(huán)境、地震搶險(xiǎn)、道路救援以及尋找失蹤人口等,與常規(guī)機(jī)器人相比,3D打印制造讓它成本更低,更便于生產(chǎn)和普及。
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