馳騁天地的仿生機器人
盡管人類(lèi)已經(jīng)借助科技的力量改造了世界，但許多技能仍然為人類(lèi)所不擁有，很多惡劣的環(huán)境仍然是人類(lèi)的禁區。而經(jīng)過(guò)大自然的“公平選擇”，使得某些生物具有我們所不具備的獨特“技能”“，也適合在人類(lèi)難以觸及的地方生存。
那么，能否以大自然為師，如何向其他的生物學(xué)習，以提高我們在這個(gè)星球上的適應能力，并探索更多的未知世界？正是對這一問(wèn)題的回答催生了仿生科技。
近年來(lái)，仿生科技正在快速發(fā)展，尤其是在機器人行業(yè)，從蜘蛛到鳥(niǎo)類(lèi)，從章魚(yú)到蟑螂，各種生物為技術(shù)進(jìn)步提供了源源不斷的靈感，仿生科技也成為機器人技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。
以下是11款典型的仿生機器人。雖然其中有部分產(chǎn)品還處于試驗階段，但這種探索將是未來(lái)各種行業(yè)應用必須走出的一步。
1. 翻滾機器人
德國自動(dòng)化技術(shù)廠(chǎng)商推出了一款仿生翻滾機器人。該機器人模仿一種生活在撒哈拉沙漠的蜘蛛，這種蜘蛛不僅能在地面正常行走，還能翻滾著(zhù)前進(jìn)，在平整的地面上，其翻滾的速度是行走速度的兩倍。
由于模仿了這一運動(dòng)模式。在一些復雜的地形中，它能夠彎曲機器腿，使車(chē)身變成車(chē)輪的形狀。而在滾動(dòng)模式下，機器人比大多數腿式機器人移動(dòng)得快得多。
該機器人目前還沒(méi)有投入實(shí)際應用，但在未來(lái)，這一模型預期可以裝備到具有高度運動(dòng)靈敏性的平臺。
2."特工"機械魚(yú)
瑞士理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種微型機器魚(yú)，可以與斑馬魚(yú)魚(yú)群一起游泳。該機器魚(yú)長(cháng)7厘米，其顏色、形狀、比例和條紋圖案都與斑馬魚(yú)相似。
為了讓機器魚(yú)融入魚(yú)群，研究人員研究了魚(yú)類(lèi)的行為，包括線(xiàn)速度、加速度、振動(dòng)、尾部運動(dòng)節奏，魚(yú)群規模以及個(gè)體游泳距離等。
通過(guò)與斑馬魚(yú)群共同游泳，機器魚(yú)就像一名特工一樣，可以學(xué)習魚(yú)類(lèi)的交流與運動(dòng)方式，并改善其游泳機制。
3.外骨骼機器手臂
美國機器人公司最初開(kāi)發(fā)了兩款外骨骼機器人：Guardian GT和Guardian XO。
Guardian GT是一套可以安裝在移動(dòng)基座上的大型機器人手臂。操作人員可將他們的手臂通過(guò)旁邊主控制器，經(jīng)由手臂和手指移動(dòng)對機器人進(jìn)行遙控操作。Guardian GT的兩只機械手臂有2.3米長(cháng)，可以舉起454公斤重物。
Guardian XO是為提高力量和耐力而設計的更傳統的外骨骼套裝。這套外骨骼裝置還有升級版本XO Max。兩款產(chǎn)品預計將在2019年上市。該公司還設計出了一款蛇形機器人Guardian S，可以深入到地震現場(chǎng)，搬運坍塌的材料，并救尋傷者。目前公司設計的多款外骨骼產(chǎn)品已經(jīng)在軍工、航空、航海、安全等多個(gè)領(lǐng)域得到應用。
4.3D打印仿真機器鳥(niǎo)
在機場(chǎng)上空，鳥(niǎo)類(lèi)對飛機起飛和降落都構成了很大的威脅。
荷蘭公司通過(guò)3D打印制造出兩種鳥(niǎo)形機器人（機器老鷹和機器游隼），可以在不借助潛在有害網(wǎng)狀物或噪音發(fā)射裝置的情況下有效地嚇跑較小的鳥(niǎo)類(lèi)。
機器游隼身長(cháng)58cm，翅展長(cháng)度120cm，機器老鷹則比機器游隼大了一倍。這兩款機器人在空中的飛行速度可達80km/h, 需要工作人員手動(dòng)遙控操作。
5.清理太空垃圾的機器人
對于宇航員、太空飛船而言，遺留在太空中的垃圾是非常大的威脅。斯坦福大學(xué)和美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗室的研究團隊聯(lián)手設計了一款能夠抓取并處理太空垃圾的機械裝置。
研究團隊開(kāi)發(fā)的是一種使用壁虎靈感粘合劑的夾具，夾具可以在太空中快速抓住物體。該機器人受到壁虎腳部的啟發(fā)。
6.六足機器蜘蛛
中國機器人公司設計了一種消費級全地形六足機器人，配備了紅外和激光傳感器、攝像頭、圖像視覺(jué)、三軸平衡、Wi-Fi以及雙核ARM 9處理器等，并支持無(wú)線(xiàn)充電。
該機器人被設計成一個(gè)平臺而不是成品，可以通過(guò)各種擴展接口，連接更多傳感器。它采用Linux操作系統，并開(kāi)放了各種軟件接口。開(kāi)發(fā)者可以自行編寫(xiě)機器人應用，讓其完成各種復雜任務(wù)。普通用戶(hù)也可以通過(guò)模擬器進(jìn)行動(dòng)作設計。
7.蝠鲼機器人
新加坡國立大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)了一種會(huì )游泳的機器人，該機器人長(cháng)35cm，寬63cm，重0.7kg，可以以每秒0.7米的速度在水下“飛行”，一次充電可持續游動(dòng)10小時(shí)。
通過(guò)模仿蝠鲼，該機器人可以快速游動(dòng)。不同于使用螺旋槳的海底無(wú)人機，它幾乎沒(méi)有聲音，可以減少對海洋生物的干擾， 也可以用于檢查海底基礎設施，以及檢測人類(lèi)無(wú)法達到區域的環(huán)境污染狀況。
8.機器人蟑螂
哈佛大學(xué)微型機器人實(shí)驗室推出了系列四足機器人，最新款機器人只有4.5cm大小，行動(dòng)速度可以達到17.2cm/s。
該機器人可以大幅度轉動(dòng)并高速運轉、爬升、攜帶有效載荷，并且長(cháng)時(shí)間不受損傷地存活。真正的突破是它的移動(dòng)方式，每條腿都有兩個(gè)致動(dòng)器，象蟑螂的關(guān)節一樣緊密相連，使其能夠騰空而起，甚至能雙腳騰空保持穩定。
9.機器魚(yú)
麻省理工學(xué)院計算機科學(xué)和人工智能實(shí)驗室的研究人員開(kāi)發(fā)了一款軟體機器魚(yú)。
機器魚(yú)的背部和尾部由硅膠和柔性塑料制成，通過(guò)一個(gè)泵以交替順序將水送入兩個(gè)隔膜的方式實(shí)現魚(yú)尾的左右擺動(dòng)，從而使其能以近乎自然的方式在水中游動(dòng)。它的頭部由3D打印而成，并配備了魚(yú)眼鏡頭，可以捕捉水下其他魚(yú)類(lèi)的高分辨率照片和錄像。
10.軟體章魚(yú)機器人
意大利圣安娜高等學(xué)院的一教授是軟體機器人領(lǐng)域的領(lǐng)導者。她開(kāi)發(fā)了一種可以像章魚(yú)一樣在水中和海床上移動(dòng)的機器人。
機器人可將水吸入體腔內并像噴氣式飛機一樣在水中移動(dòng)，還可使用其柔軟的觸手在不平坦的海底爬行。目前這種機器人概念主要用于制造業(yè)，其機械臂非常適合于重復性的、需要精確度的工作。
11.配備生物視覺(jué)傳感器的機器人
傳統相機可以幫助無(wú)人機確定或修訂自己所在的位置，但需要充足的光線(xiàn)才能有效發(fā)揮作用。依靠相機視覺(jué)的無(wú)人機也會(huì )因飛行速度過(guò)快，造成圖像畫(huà)面模糊，從而導致視覺(jué)算法失去作用。
為此，蘇黎世大學(xué)和瑞士國家機器人能力研究中心的研究人員為無(wú)人機提供了一種全新的視覺(jué)方式。他們受生物視覺(jué)啟發(fā)而發(fā)明的相機被稱(chēng)為“基于事件的相機”，采用生物視覺(jué)傳感器，可輸出像素級亮度變化，而不是標準強度幀。有了它，無(wú)人機就能夠輕松應對高速運動(dòng)，以及接近黑暗的環(huán)境。
那么，能否以大自然為師，如何向其他的生物學(xué)習，以提高我們在這個(gè)星球上的適應能力，并探索更多的未知世界？正是對這一問(wèn)題的回答催生了仿生科技。
近年來(lái)，仿生科技正在快速發(fā)展，尤其是在機器人行業(yè)，從蜘蛛到鳥(niǎo)類(lèi)，從章魚(yú)到蟑螂，各種生物為技術(shù)進(jìn)步提供了源源不斷的靈感，仿生科技也成為機器人技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。
以下是11款典型的仿生機器人。雖然其中有部分產(chǎn)品還處于試驗階段，但這種探索將是未來(lái)各種行業(yè)應用必須走出的一步。
1. 翻滾機器人
德國自動(dòng)化技術(shù)廠(chǎng)商推出了一款仿生翻滾機器人。該機器人模仿一種生活在撒哈拉沙漠的蜘蛛，這種蜘蛛不僅能在地面正常行走，還能翻滾著(zhù)前進(jìn)，在平整的地面上，其翻滾的速度是行走速度的兩倍。
由于模仿了這一運動(dòng)模式。在一些復雜的地形中，它能夠彎曲機器腿，使車(chē)身變成車(chē)輪的形狀。而在滾動(dòng)模式下，機器人比大多數腿式機器人移動(dòng)得快得多。
該機器人目前還沒(méi)有投入實(shí)際應用，但在未來(lái)，這一模型預期可以裝備到具有高度運動(dòng)靈敏性的平臺。
2."特工"機械魚(yú)
瑞士理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種微型機器魚(yú)，可以與斑馬魚(yú)魚(yú)群一起游泳。該機器魚(yú)長(cháng)7厘米，其顏色、形狀、比例和條紋圖案都與斑馬魚(yú)相似。
為了讓機器魚(yú)融入魚(yú)群，研究人員研究了魚(yú)類(lèi)的行為，包括線(xiàn)速度、加速度、振動(dòng)、尾部運動(dòng)節奏，魚(yú)群規模以及個(gè)體游泳距離等。
通過(guò)與斑馬魚(yú)群共同游泳，機器魚(yú)就像一名特工一樣，可以學(xué)習魚(yú)類(lèi)的交流與運動(dòng)方式，并改善其游泳機制。
3.外骨骼機器手臂
美國機器人公司最初開(kāi)發(fā)了兩款外骨骼機器人：Guardian GT和Guardian XO。
Guardian GT是一套可以安裝在移動(dòng)基座上的大型機器人手臂。操作人員可將他們的手臂通過(guò)旁邊主控制器，經(jīng)由手臂和手指移動(dòng)對機器人進(jìn)行遙控操作。Guardian GT的兩只機械手臂有2.3米長(cháng)，可以舉起454公斤重物。
Guardian XO是為提高力量和耐力而設計的更傳統的外骨骼套裝。這套外骨骼裝置還有升級版本XO Max。兩款產(chǎn)品預計將在2019年上市。該公司還設計出了一款蛇形機器人Guardian S，可以深入到地震現場(chǎng)，搬運坍塌的材料，并救尋傷者。目前公司設計的多款外骨骼產(chǎn)品已經(jīng)在軍工、航空、航海、安全等多個(gè)領(lǐng)域得到應用。
4.3D打印仿真機器鳥(niǎo)
在機場(chǎng)上空，鳥(niǎo)類(lèi)對飛機起飛和降落都構成了很大的威脅。
荷蘭公司通過(guò)3D打印制造出兩種鳥(niǎo)形機器人（機器老鷹和機器游隼），可以在不借助潛在有害網(wǎng)狀物或噪音發(fā)射裝置的情況下有效地嚇跑較小的鳥(niǎo)類(lèi)。
機器游隼身長(cháng)58cm，翅展長(cháng)度120cm，機器老鷹則比機器游隼大了一倍。這兩款機器人在空中的飛行速度可達80km/h, 需要工作人員手動(dòng)遙控操作。
5.清理太空垃圾的機器人
對于宇航員、太空飛船而言，遺留在太空中的垃圾是非常大的威脅。斯坦福大學(xué)和美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗室的研究團隊聯(lián)手設計了一款能夠抓取并處理太空垃圾的機械裝置。
研究團隊開(kāi)發(fā)的是一種使用壁虎靈感粘合劑的夾具，夾具可以在太空中快速抓住物體。該機器人受到壁虎腳部的啟發(fā)。
6.六足機器蜘蛛
中國機器人公司設計了一種消費級全地形六足機器人，配備了紅外和激光傳感器、攝像頭、圖像視覺(jué)、三軸平衡、Wi-Fi以及雙核ARM 9處理器等，并支持無(wú)線(xiàn)充電。
該機器人被設計成一個(gè)平臺而不是成品，可以通過(guò)各種擴展接口，連接更多傳感器。它采用Linux操作系統，并開(kāi)放了各種軟件接口。開(kāi)發(fā)者可以自行編寫(xiě)機器人應用，讓其完成各種復雜任務(wù)。普通用戶(hù)也可以通過(guò)模擬器進(jìn)行動(dòng)作設計。
7.蝠鲼機器人
新加坡國立大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)了一種會(huì )游泳的機器人，該機器人長(cháng)35cm，寬63cm，重0.7kg，可以以每秒0.7米的速度在水下“飛行”，一次充電可持續游動(dòng)10小時(shí)。
通過(guò)模仿蝠鲼，該機器人可以快速游動(dòng)。不同于使用螺旋槳的海底無(wú)人機，它幾乎沒(méi)有聲音，可以減少對海洋生物的干擾， 也可以用于檢查海底基礎設施，以及檢測人類(lèi)無(wú)法達到區域的環(huán)境污染狀況。
8.機器人蟑螂
哈佛大學(xué)微型機器人實(shí)驗室推出了系列四足機器人，最新款機器人只有4.5cm大小，行動(dòng)速度可以達到17.2cm/s。
該機器人可以大幅度轉動(dòng)并高速運轉、爬升、攜帶有效載荷，并且長(cháng)時(shí)間不受損傷地存活。真正的突破是它的移動(dòng)方式，每條腿都有兩個(gè)致動(dòng)器，象蟑螂的關(guān)節一樣緊密相連，使其能夠騰空而起，甚至能雙腳騰空保持穩定。
9.機器魚(yú)
麻省理工學(xué)院計算機科學(xué)和人工智能實(shí)驗室的研究人員開(kāi)發(fā)了一款軟體機器魚(yú)。
機器魚(yú)的背部和尾部由硅膠和柔性塑料制成，通過(guò)一個(gè)泵以交替順序將水送入兩個(gè)隔膜的方式實(shí)現魚(yú)尾的左右擺動(dòng)，從而使其能以近乎自然的方式在水中游動(dòng)。它的頭部由3D打印而成，并配備了魚(yú)眼鏡頭，可以捕捉水下其他魚(yú)類(lèi)的高分辨率照片和錄像。
10.軟體章魚(yú)機器人
意大利圣安娜高等學(xué)院的一教授是軟體機器人領(lǐng)域的領(lǐng)導者。她開(kāi)發(fā)了一種可以像章魚(yú)一樣在水中和海床上移動(dòng)的機器人。
機器人可將水吸入體腔內并像噴氣式飛機一樣在水中移動(dòng)，還可使用其柔軟的觸手在不平坦的海底爬行。目前這種機器人概念主要用于制造業(yè)，其機械臂非常適合于重復性的、需要精確度的工作。
11.配備生物視覺(jué)傳感器的機器人
傳統相機可以幫助無(wú)人機確定或修訂自己所在的位置，但需要充足的光線(xiàn)才能有效發(fā)揮作用。依靠相機視覺(jué)的無(wú)人機也會(huì )因飛行速度過(guò)快，造成圖像畫(huà)面模糊，從而導致視覺(jué)算法失去作用。
為此，蘇黎世大學(xué)和瑞士國家機器人能力研究中心的研究人員為無(wú)人機提供了一種全新的視覺(jué)方式。他們受生物視覺(jué)啟發(fā)而發(fā)明的相機被稱(chēng)為“基于事件的相機”，采用生物視覺(jué)傳感器，可輸出像素級亮度變化，而不是標準強度幀。有了它，無(wú)人機就能夠輕松應對高速運動(dòng)，以及接近黑暗的環(huán)境。
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