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新一代的機(jī)器人

以往，機(jī)器人只存在于我們的幻想和科幻作品中，而現(xiàn)如今機(jī)器人已經(jīng)開始大批量地被生產(chǎn)，以服務(wù)于千家萬戶。最為人們所熟知的是吸塵機(jī)器人，僅在美國已經(jīng)有超過800萬個(gè)家庭正在使用這種直徑約0.3m、高約0.1m的小型機(jī)器人來進(jìn)行家居清潔工作，除了吸塵以外，它們還可以擦地板、清潔窗戶玻璃和修剪草坪。

　　不過，這僅僅是一個(gè)開始，目前，機(jī)器人的開發(fā)和生產(chǎn)成本正極速降低，商品化的機(jī)器人以及包含傳感器、支持手勢(shì)和面部識(shí)別功能的類機(jī)器人產(chǎn)品將會(huì)越來越多。

　　現(xiàn)如今的機(jī)器人已經(jīng)不再都長(zhǎng)的像人一樣，大自然提供了更有趣的模型，機(jī)器人的設(shè)計(jì)變得越來越靈活多變，而且一些機(jī)器人甚至可以連接我們現(xiàn)有的設(shè)備。例如，美國Romotive所設(shè)計(jì)的機(jī)器人Romo，這款車輛型的機(jī)器人上可以插入一部iPhone，利用智能手機(jī)的處理器充當(dāng)機(jī)器人的大腦，利用iPhone的通訊功能作為遙控的收發(fā)工具，攝像頭、麥克風(fēng)等零部件充當(dāng)機(jī)器人的傳感器。

事實(shí)上，許多領(lǐng)域都期待著機(jī)器人的加入，特別是病人護(hù)理和防災(zāi)、抗災(zāi)等領(lǐng)域?qū)C(jī)器人更是翹首以待。下面，CHIP將為大家介紹機(jī)器人可以發(fā)揮所長(zhǎng)的領(lǐng)域，介紹那些可能成為未來發(fā)展基石的機(jī)器人項(xiàng)目。

美國研制的消防機(jī)器人

　　日常的助手和朋友

　　它們可以作為一個(gè)專業(yè)的護(hù)士或者傭人來到我們家中，這其中包括重大的研究項(xiàng)目和一些簡(jiǎn)單的組裝型機(jī)器人。

　　能夠想象機(jī)器人會(huì)微笑著并伸出手來要求和我們握手嗎？日本本田公司的Asimo正是專門為人際交往而設(shè)計(jì)的機(jī)器人，它能夠識(shí)別人的面孔和聲音，可以像一個(gè)服務(wù)生一樣在一大群人中穿梭以提供服務(wù)。Asimo還有一個(gè)更重要的功能是照顧長(zhǎng)者，像日本這種人口平均年齡已經(jīng)超過65歲的國家，類似的機(jī)器人有著無限廣闊的應(yīng)用前景。

從安撫情緒的機(jī)器人到機(jī)器人管家：東芝和松下公司以及日本的一些大學(xué)都有類似的機(jī)器人項(xiàng)目：RibaII能夠幫助肢體殘疾的患者活動(dòng)、Myspoon能夠?yàn)闅埣踩宋故?。另外，松下還有一個(gè)機(jī)器人，在必要時(shí)可以變形成輪椅。不過，目前僅有少數(shù)的項(xiàng)目能夠進(jìn)入市場(chǎng)，成本過高是導(dǎo)致這些產(chǎn)品無法量產(chǎn)的主要原因。

我過研制的老年人服務(wù)機(jī)器人

　　與此不同的是，機(jī)器人海豹Paro，全球約有超過1700個(gè)Paro機(jī)器人正在使用之中，丹麥正測(cè)試將Paro用于老年癡呆癥護(hù)理的臨床應(yīng)用，在德國也有30多個(gè)組織使用Paro展開類似的工作。這些研究工作都獲得了巨大的成功，深受廣大患者的關(guān)注和稱贊。Paro在撫摸皮毛和其他各種不同情感的手勢(shì)下會(huì)做出不同的反應(yīng)，這可以給患者帶來心理上的慰藉。根據(jù)托比亞斯護(hù)理人員的介紹，Paro對(duì)于70%患有癡呆癥的人有效，部分病人因而大聲地歡呼起來，而有的患者甚至開始用語言來表達(dá)自己的情感。

　　不同于情感慰藉型的機(jī)器人，服務(wù)型的機(jī)器人行動(dòng)能力更強(qiáng)，德國弗勞恩霍夫制造技術(shù)與自動(dòng)化研究所的Care-O-Bot，就是為醫(yī)院以及私營養(yǎng)老院病人提供服務(wù)而設(shè)計(jì)的機(jī)器人。Care-O-Bot使用開源的機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS（RobotOperatingSystem），它可以照顧病人的日常生活，例如它可以完成從書架上取下一本書或者提供飲料等任務(wù)。不論是在醫(yī)療場(chǎng)所還是在自己的家里，它都能夠完成大量的工作，這樣的機(jī)器人實(shí)用價(jià)值非常高，但是其造價(jià)也非常昂貴，當(dāng)前最新版本的價(jià)格約200萬人民幣。因而，目前Care-O-Bot主要還是提供給各種科研院所使用。

　　相比之下，使用通用的編程平臺(tái)，利用現(xiàn)成套件的機(jī)器人項(xiàng)目比較容易降低成本。例如微軟開發(fā)人員JordanCorrea利用Xbox控制設(shè)備Kinect和微軟的機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)RDS4（MicrosoftRoboticsDeveloperStudio4）開發(fā)設(shè)計(jì)出的馴狗師機(jī)器人DarwinBot成本就非常低廉，DarwinBot可以拋球和派狗去撿回球，并在狗成功撿回球之后提供一些狗糧作為獎(jiǎng)勵(lì)，而且DarwinBot還允許設(shè)備的主人使用Skype進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

　　危險(xiǎn)環(huán)境下的救援

　　無論是在自然環(huán)境下還是在建筑物中，救援機(jī)器人都能夠一展身手。

　　救援機(jī)器人可以在倒塌的房屋中或在我們無法進(jìn)入的瓦礫中爬行搜尋生還者，它們還可以處理運(yùn)輸危險(xiǎn)物品的汽車和地雷等爆炸裝置，救援機(jī)器人已經(jīng)在世界各個(gè)角落為我們服務(wù)了很多年。僅美國iRobot公司就已經(jīng)售出了超過3000臺(tái)的小型機(jī)器人，主要的買主是美國軍方，機(jī)器人被用于充當(dāng)戰(zhàn)爭(zhēng)前線的傭工。1995年日本阪神大地震，大量房屋倒塌，人們無法移動(dòng)瓦礫尋找仍然生存的人，日本東北大學(xué)的活動(dòng)偵測(cè)相機(jī)臨危受命，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)搜救生還者。這臺(tái)相機(jī)能夠像蛇一樣蜿蜒前進(jìn)，可以通過瓦礫中最狹窄的通道。

核反應(yīng)堆事故的嚴(yán)峻考驗(yàn)：近年來大紅大紫的救援機(jī)器人是日本在核反應(yīng)堆事故中使用的機(jī)器人Quince，它長(zhǎng)約1m多，依靠輪子和橡膠履帶行動(dòng)，防塵、防水，并可以抵御各種危險(xiǎn)的化學(xué)品。在2011年的福島核事故中，僅有Quince能夠進(jìn)入核反應(yīng)堆到達(dá)指定的位置測(cè)量輻射程度，其他機(jī)器人，包括美國軍用機(jī)器人PackBot也無法完成這一艱巨的任務(wù)。甚至初次嘗試進(jìn)入反應(yīng)堆的第一代Quince1號(hào)機(jī)器人也因?yàn)橥ㄐ殴饫|被切斷而陷入了進(jìn)退兩難的境地。因而，新的Quince機(jī)器人除了支持有線連接之外，也可以通過無線電信號(hào)來進(jìn)行遙控操作和通訊。但是由于無線電通信無法通過反應(yīng)堆的混凝土墻壁，因此，救援人員使用了兩個(gè)Quince機(jī)器人串聯(lián)起來協(xié)同工作（具體請(qǐng)參考本文圖表中的介紹）。

Quince機(jī)器人

　　Quince機(jī)器人的造價(jià)約為54萬人民幣。德國蓋爾森基興高等專業(yè)學(xué)院的蘇爾曼教授認(rèn)為，對(duì)于救援機(jī)器人來說這樣的售價(jià)過于昂貴了，并且Quince的工作方式有較高的風(fēng)險(xiǎn)。蘇爾曼教授的想法是應(yīng)該使用一種廉價(jià)的偵測(cè)機(jī)器人探索目標(biāo)區(qū)域，然后再建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，從現(xiàn)場(chǎng)給救援隊(duì)發(fā)送圖像，最后再由具體實(shí)施救援行動(dòng)的機(jī)器人進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。蓋爾森基興高等專業(yè)學(xué)院所使用的偵測(cè)機(jī)器人是一輛載有小型路由器和電腦或者智能手機(jī)的越野模型車。模型車輛底盤上安裝攝像機(jī)作為機(jī)器人的視覺傳感器，由可接收和傳輸控制信號(hào)的可編程單片機(jī)來操作車輛，向救援隊(duì)的終端發(fā)送實(shí)時(shí)圖像。據(jù)蘇爾曼教授的計(jì)算，包括遙控車輛底盤、攝像機(jī)、單片機(jī)和路由器等設(shè)備在內(nèi)，機(jī)器人的成本只需約4000元人民幣。

　　自然仿生機(jī)器人

　　跳蚤、魚、狗、海鷗：仿生學(xué)工程師希望能夠讓機(jī)器人更加靈活和強(qiáng)大。

它們能夠像蛇一樣地爬行、像跳蚤一樣地跳躍、像魚一樣地游泳，甚至是像海鷗一樣地飛行，未來，將有更多機(jī)器動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)在我們的面前，它們通常比人形機(jī)器人更靈活和自然，并且它們正努力地變得比所模擬的動(dòng)物更強(qiáng)大。

由美國軍方慷慨解囊給予財(cái)政支持的波士頓動(dòng)力學(xué)公司設(shè)計(jì)了機(jī)器狗AlphaDog，它背負(fù)設(shè)備的重量可以高達(dá)200kg，它的4條腿安裝有位置傳感器，可以快速前行，在崎嶇不平的地方即使一條腿無法獲得支撐，也仍然能夠保持平衡。2012年夏天，AlphaDog將進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，測(cè)試成功后將正式投入使用。此前，波士頓動(dòng)力學(xué)公司已經(jīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)類似AlphaDog的6條腿機(jī)器人Rhex，這是一個(gè)水陸兩用機(jī)器人，可以適應(yīng)任何地形，主要用于在沼澤等特殊地形實(shí)施救援和軍事偵察行動(dòng)。該公司還設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠利用背負(fù)的二氧化碳進(jìn)行跳躍的機(jī)器沙蚤SandFlea和一個(gè)奔跑速度高達(dá)30km/h的機(jī)器獵豹Cheetah，SandFlea的跳躍高度可以超過8m。

大狗機(jī)器人

機(jī)器蜘蛛和魚：

仿生機(jī)器人目前的發(fā)展趨勢(shì)是逐漸遠(yuǎn)離金屬框架，德國弗勞恩霍夫制造技術(shù)與自動(dòng)化研究所在制作8條腿的機(jī)器人Spider時(shí)，使用三維打印機(jī)制作機(jī)器人的各個(gè)組成部分。同樣，弗勞恩霍夫研究所生產(chǎn)的機(jī)器魚也使用三維打印機(jī)制作，通過電腦控制激光束溶化薄聚酰胺粉末層，從而打印成機(jī)器人的部件，加上模擬魚類行為的程序和ATMEGA8A微控制器，機(jī)器魚的成本只需180元人民幣左右。

機(jī)器魚不僅可以作為觀賞魚的替代品，同時(shí)它也是一個(gè)開源的學(xué)習(xí)和研究項(xiàng)目，德國的弗勞恩霍夫費(fèi)斯托研究所和費(fèi)斯托仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)（FestoBionicLearningNetwork）已經(jīng)建成了一個(gè)研究小組，至力于發(fā)展仿生自動(dòng)化技術(shù)。他們已經(jīng)建造了像大象鼻子一樣能夠輕輕提取物品的機(jī)器、可以像壁虎一樣抓住任何物體表面的機(jī)器。更驚人的是，該研究所還建造了能夠完全模仿海鷗飛行動(dòng)作的智能機(jī)器鳥，智能機(jī)器鳥看起來完全就是一只海鷗，它可以完成各種軍事偵察任務(wù)。

機(jī)器魚—博樂機(jī)器人表演

　　作為一種生物模型，近年的發(fā)展趨勢(shì)讓類人機(jī)器模型顯得有點(diǎn)過時(shí)。但實(shí)際上不是這樣的，人型機(jī)器人的研究從來沒有間斷，美國國防先進(jìn)研究項(xiàng)目局目前正資助波士頓動(dòng)力公司開發(fā)一款名為Atlas的人形機(jī)器人，這種機(jī)器人可以直立行走，并且利用手部來保持平衡以穿過狹窄的通道，可以用于偵察或緊急救援行動(dòng)，很快，我們就可以看到人型機(jī)器人會(huì)卷土重來。

　　機(jī)器海豹Paro是一名治療師

　　該機(jī)器人能夠響應(yīng)撫摸和擁抱的手勢(shì)并發(fā)出令人愉悅的叫聲，為癡呆癥患者提供心理上的慰藉。

　　機(jī)器人護(hù)理員Care-O-Bot

　　弗勞恩霍夫的機(jī)器人護(hù)理員模型的身體由多部分組成，包括一些普通的電腦零部件，還可以選配微軟Kinect傳感器。

　　狗教練機(jī)器人DarwinBot

　　微軟工程師開發(fā)的狗教練，由Parallax公司的新型機(jī)器人Edie與Kinect組成，可以訓(xùn)練狗撿回拋出的球，并獎(jiǎng)勵(lì)給狗一些狗糧。

　　廢墟中的蛇相機(jī)

　　活動(dòng)偵測(cè)相機(jī)可以模擬蛇的動(dòng)作，通過外部的毛發(fā)推動(dòng)其前進(jìn)，在廢墟中活動(dòng)，進(jìn)行搜尋和救援。

　　機(jī)器人Quince在福島反應(yīng)堆

　　兩個(gè)機(jī)器人負(fù)責(zé)分析反應(yīng)堆的輻射情況，Quince1負(fù)責(zé)拍攝和測(cè)量輻射量，Quince2負(fù)責(zé)提供動(dòng)力和進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

　　協(xié)助救援任務(wù)

　　蓋爾森基興高等專業(yè)學(xué)院正在使用的3個(gè)機(jī)器人，左邊的車輛提供初步的調(diào)查結(jié)果，橙色的空中機(jī)器人負(fù)責(zé)提供一個(gè)全局的視角，而履帶機(jī)器人可以直接進(jìn)入危險(xiǎn)地帶執(zhí)行救援。

　　獵豹機(jī)器人

波士頓動(dòng)力公司受獵豹這種動(dòng)物的啟發(fā)而制作的獵豹機(jī)器人，它采用極其靈活的背部設(shè)計(jì)，是目前跑步速度最快的機(jī)器人，在跑步機(jī)上的速度可達(dá)30km/h。

　　智能機(jī)器鳥：像鳥兒一樣飛行

　　Festo的空中機(jī)器人由幾十個(gè)零部件組成，合計(jì)重量不超過500g，機(jī)器人翅膀的關(guān)節(jié)能夠模擬鳥類的翅膀活動(dòng)，可以在天空中像鳥一樣飛行。

　　電子魚群

　　德國弗勞恩霍夫制造技術(shù)和自動(dòng)化研究所在機(jī)器魚上安裝紅外傳感器并通過微控制器模擬魚群的行為。機(jī)器魚使用鋰離子電池供電，可持續(xù)工作4個(gè)小時(shí)，電池耗盡后，必須充電45min。