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机器人未来发展趋势之十大关键技术盘点

作者:网络 | 来源:网络转摘 | 时间:2016-01-21 | 【

机器人未来发展趋势之十大关键技术盘点

   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。   
有感情的机器人:读懂表情 
 许多机器人的存在只是为了完成某些工作或特定的任务,有“情感”的机器人相信大家都只在电影中才会见到。来自东南大学机器人传感控制实验室的吴涓教授透露说,该实验室的研究团队已完成了情感交互机器人的初步设计。 
  一般来说,当人和机器人接触的时候,由于机器缺乏可辨认的性格,因此和人没有情感的互动。吴涓表示,其实只要把人的表情、动作的特定的信号提取出来,再交给机器人,那么它就会识别人的表情,辨别别人对它的动作到底是粗暴还是友好,从而做出相应的反应,可以与人的情感形成互动。 
  经初步设计,这个机器人通过提取人的嘴部、眼睛的几十个甚至数百个关键点的数据信号,从而能够非常准确地读懂人的高兴、愤怒、忧伤等种种表情,并将它们模拟出来。通过感觉、触觉的设计,该机器人也能够分辨对它进行的是抚摸还是按压、打击等动作,如果对它抚摸,它会开心地笑,如果对它打压,它则会表现出很忧伤,是个有感情的机器人。
 吴涓分析说,由于目前对于人的情感的科学基础研究还不够,因此目前研究出来的情感交互机器人其实和真人的情感交互还有很大的距离,它只是能够识别一些简单的表情,对于动作的识别也局 限于一些固定的动作,但是未来随着人机交互技术的进一步发展,我们和机器人的“情感”交流将会越来越顺畅。   
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。   
敏感触控技术 
 不要以为机器人的敏感度很差。美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT )视觉科学学科联合波士顿东北大学研究团队近日成功研制了一种触觉传感器GelSight ,比人类的指更加灵活敏感。 
 此次麻省理工学院及东北大学联合研究团队开发的“机器人手指传感器”突破了此前机器人手部关节不灵敏等限制,甚至比人类手指更加灵活敏感,因此受到了各界瞩目。该传感器不是以机器来辨识触觉,而是以3D视觉实时定位物体的方位,以实现对物体的识别和传感。 
 据悉这种技术比人类的手部触觉灵敏约100倍。 GelSight 内置有红色、黄色、白色、蓝色等照明设备, GelSight 可根据指示的信号迅速做出反应,根据麻省理工学院方面公开的演示视频更可直观的感受到 GelSight 的强大功能。装置了 GelSight 传感器的机器人可轻松拔出装置在电脑上的USB,但未装置 GelSight 的机器人则无法完成该动作。   据悉, GelSight 最大的特征在于,最快的辨识物体的视觉信号,并马上将其转化为触觉信号。 
机器人用可伸缩电线 
  日本综合型化学企业旭化成将于9月1日发售可以像橡皮筋那样伸缩的电线。《日本经济新闻》8月26日报道说,通过在具有弹性的聚氨酯纤维(中国称:氨纶) 中以螺旋状嵌入可通电的导线,使得电线可以伸缩,且不易出现松弛。与容易松弛的以往电线相比,自由自在的变形将成为可能。旭化成力争将这种电线应用于实现复杂动作的拟人机器人和穿戴型辅助机器人。 
该电线由旭化成其旗下子公司、从事纺织业务的旭化成纺织公司开发。在拉伸时可以伸长至1.4倍,同时在反复弯曲直至断线的耐久性方面也是以往产品的10-100倍。   以树脂材料作为保护的一般电线在用于机器人时,在手腕做弯曲动作等的情形下,容易形成松弛或缠绕。而旭化成开发的这种伸缩性电线将可以依照其实施的拟人动作合理布线。   首先,面向弯曲部分使用电线的工业机器人,旭化成将开拓以往产品的替代性需求。该公司将以“ROBODEN” (意为机器人电线)的产品名,通过米思米集团总部的电子商务网站销售。在价格方面,1米以内长度为3万日元(约合人民币1772元)左右。旭化成计划向电子企业和精密机械企业等销售,力争3年内实现3亿日元左右的销售额。   
机器人可自行组队技术 
  相信对于有密集恐惧症的人来说,看到1000只排得密密麻麻的小机器人在桌面上一起移动绝对不会感到好受。不过这仍无法阻碍哈佛大学的工程师们打造这样的系统。据悉,研究团队使用了1000只组装简易的小型机器人,每个造价20美元。 据介绍,每组装一个这样的机器人需要5分钟的时间,也就是,他们花费了83多个小时完成了这项艰巨的任务。   之后,他们为这些小小的机器人提供了多套算法,这样它们就能移动形成多种形状。   团队负责人、哈佛大学电子工程师Michael Rubestein 介绍道:“我们打造了一群机器人版的 蜂群 ,它专门以大部队的形式工作。不过(这套系统)也存有一个缺陷,那就是机器人的功能性并不强大,并且还有诸如噪音距离传感及移动困难等多个可变因素。”Rubenstein 表示,他们希望打造一套可以完成复杂全局任务的机器人“蜂群”。   目前,这套系统面临的最大问题并不是组装所需花费的时间,而是如何开发出一套可以精准控制这群小机器人的算法。 
就目前来看,现在这套系统更多的像是机器人对自己的编程控制,而不是执行一个可让人类受益的任务。另外,Rubenstein 表示,他们未来将可能用更小的机器人打造一个更大的“蜂群”,进而了解控制体积更小机器人的方法。   
造房子机器人:或成为未来主流 
  一个被称为Minibuilders的全新3D打印建筑机器人套件,可以像建筑工人那样3D打印出一间房屋,其快速、低价、安全让建筑机器人将有可能成为下一代强大的建筑必备工具。   其运作方式基本上和同类型的无人建筑机器人一样,逐层浇筑流体建筑材料。但是它最大的不同,就是可以打印的建筑体积更大,而且设计方法也与众不同。 
  这套系统的核心是一个庞大的主部件,有两个装有液化合成大理石的大型圆筒,大理石经独特的配方制成。气胎注射筒会通过长长的管子推动材料,那些管子将被安置在一个建筑工地上,与三个敏捷的专业附属机器人协同工作。有些研究人员会觉得自己就像是一个建筑师,把自己的建筑构想通过一个巨大的独立机器变成现 实,而Minibuilders的团队扮演角色就像是一个“包工头”,在建设过程中“招募”各相关领域里的建筑专业资源。   和构建传统建筑物一样,建筑流程需要从一个坚实的地基开始。“地基机器人”是一台装配了传感器的设备,可以沿着地上标记的线进行工作。建筑师可以在建筑台上面先勾勒出建筑的轮廓,然后地基机器人就开始进行连续螺旋式循环,浇筑好前20层建筑材料。基本上,我们可以把这个地基机器人看作是一个从底层开始堆积建筑材料的“建筑师”。   一旦地基铺好,建筑工人可以把一个“抓握机器人”紧夹在地基上面,它和地基紧密的黏合在一起,瞬间就能变成从世界上最先进的 “小铲刀”。 
  抓握机器人的喷嘴可以水平移动,使用更多材料在地基基础上来创造建筑,它还可以在建筑物上面增加动态纹理。在浇筑一层全新材料的时候,为了加速材料的干燥固化速度,抓握机器人还配置了一对加热器,这对加热器可以吹出热风,热固大理石混合。由于材料坚硬,支持在水平方向进行扩展,因而机器人可以打印屋顶或其他悬臂结构。 
  可以肯定的是,Minibuilders将在未来建筑机器人领域里扮演一个非常重要的角色。

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