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在未来,机器人是软的。它们的雏形正在实验室里蹒跚学步。
在日本早稻田大学桥本修二实验室(Shuji Hashimoto Laboratory)里,一片被称作“芒果”的机器人整装待发。没错,就是“一片”机器人。“芒果”看起来就像一片芒果,晶莹剔透,身躯不是钢铁炼成的,也没有齿轮没有马达没有处理器,完全颠覆了机器人的传统形象。
“它首次任务是体验走路。”桥本修二的研究生原佑介(Yusuke Hara)说。他看着站立于粗糙的平面的“芒果”,如尺蠖般蠕动了第一步,收缩,伸展,“芒果”身体的颜色变深了一点,再浅一点,又一步。在两次又一步后,“芒果”停下。“它是第一次走路,这个成绩我们很满意。”
伸缩自如
“传统机器人是由管子、活塞、齿轮和杠杆组成。它们越来越能干,它们能走路,能下深海探测稀有金属,能陪主人踢足球,能切菜、煎蛋⋯⋯但它们坚硬的外表难以适应环境的多变性和复杂性。我们需要制造出机器人的新物种。”原佑介说。
新物种就是果冻机器人(Jelly Robot),而“芒果”是第一个会走路的果冻机器人。“果冻机器人是一种全新概念的机器人,它身形伸缩自如,像章鱼一样能挤入人类以及传统机器人无法进入的各种狭小空间,可以通过墙壁裂缝挤入建筑物,可以在洞穴或墙壁缝隙中搜索和拆除爆炸物,可以攀爬绳索和树木,甚至可以溜进人类的身体,不知不觉干掉各种病毒。”原佑介说。“灵感来自毛毛虫,它没有骨头和关节,却也能自由伸缩、蜷曲。”
早在2000年,早稻田大学仿人机器人研究院就成立了果冻机器人实验室。传统机器人依赖的是机械系统,而果冻机器人依靠的是“自组织”化学信号,并创造自己的内部控制和机械信号。
“我们造出了能进行自组织反应的材料,这是一种能依据环境变化改变颜色的聚合物,外观像芒果,变色的过程,事实上是细微的化学反应,凝胶体中的钌离子有序地放电、充电,凝胶体的形状也会收缩、伸展。”与原佑介同一个实验室的前田慎吾(Shingo Maeda)说,“这是基于一个称为别洛索夫-扎鲍京斯基(BZ)的振荡化学反应(参见本期辞典)。在没有电力的情况下也能行走。通过控制外部环境操纵‘芒果’的行程,直到‘芒果’内部的化学反应结束。遗憾的是,‘芒果’现在只能在较为粗糙的物体表面自由行走。”
大大小小的果冻
“芒果”出生1个月后,在布拉格,一堆数以千万计的超迷你果冻机器人“chobots”也诞生了。这是一种微米尺度或以下的柔软机器人。
“事实上,下一代机器人c h o b ot s 诞生在布拉格很恰当,机器人一词是由捷克作家卡雷尔•恰佩克(Karel ˇCapek)创造的。”弗朗齐歇克•斯捷潘内克(FrantisekStepanek)指出,他是布拉格化工学院教授。“我更喜欢恰佩克对机器人的描述,‘它们柔软如果冻一般,能去任何它们想去的地方’。chobots满足这点,它们很小,能够进入最微小的地方。”
Chobots的革新在于通信方式。“微型传感器只是通信的一种方式,chobots能用一种全新的通信方式,不是基于对无线电通讯,而是基于分子传输,自然界中有这样的例子,就是信息素。”斯捷潘内克说。
半年后,美国人的“ChemBot”来了。它像一个不规则的球,也是靠改变其外形进行移动。传说它不但能够渗透入直径为1厘米的空间,而且能够扩展至原有大小的10倍,还可以最终通过生物降解化为无形。
“ChemBot”是美国国防部高级研究计划局计划的产物。2007年3月,美国国防部高级研究计划局和塔夫茨(Tufts)大学签订了一份价值330万美元的合约,用以开发果冻机器人。来自生物工程学、动物神经学、软材料学、无线传输学等学科的科学家共同完成小至2克大至200克的果冻机器人模型。和“芒果”不一样,ChemBot利用了“堵塞”原理,通过增加液体密度使液体变为固体状态的物理过程。机器人的内部有着许多不同的小房间,随着小房间的充气和放气过程,机器人一涨一缩的移动了。
柔软机器的未来
现在的果冻机器人仍然简陋,距离《终结者2》中的液体机器人T-1000还有很长的路要走。美国人对果冻机器人的要求很严格,目标是,“机器人体积不应超过网球大小,能够以每分钟25厘米的速度持续行进5米,可将自身尺寸减少90%,能够穿过直径1厘米的缝隙并在15秒内恢复原状。除此之外,机器人还必须能够在恢复形状后继续执行任务,并具有‘感官知觉’—以便感知存在的障碍和自己的形状。”
装配迷你传感器的果冻机器人可以完成很多任务:监控和消灭水资源中的有毒物质;注进患者体内,代替医生对患者实施手术,手术完成后能自行在人体内分解消失。塔夫茨大学教授大卫•卡普兰(DavidKaplan)说:“下一步是让机器人用上无线通讯,通过头发丝大小的传感器来测量温度、压力、声音等数据。相较于普通设备,这种机器人将节约大约0%的电能。”要达到这一点,它们的通讯和材料都要更新。“让果冻机器人走起来,这只是第一步。”
在日本早稻田大学桥本修二实验室(Shuji Hashimoto Laboratory)里,一片被称作“芒果”的机器人整装待发。没错,就是“一片”机器人。“芒果”看起来就像一片芒果,晶莹剔透,身躯不是钢铁炼成的,也没有齿轮没有马达没有处理器,完全颠覆了机器人的传统形象。
“它首次任务是体验走路。”桥本修二的研究生原佑介(Yusuke Hara)说。他看着站立于粗糙的平面的“芒果”,如尺蠖般蠕动了第一步,收缩,伸展,“芒果”身体的颜色变深了一点,再浅一点,又一步。在两次又一步后,“芒果”停下。“它是第一次走路,这个成绩我们很满意。”
伸缩自如
“传统机器人是由管子、活塞、齿轮和杠杆组成。它们越来越能干,它们能走路,能下深海探测稀有金属,能陪主人踢足球,能切菜、煎蛋⋯⋯但它们坚硬的外表难以适应环境的多变性和复杂性。我们需要制造出机器人的新物种。”原佑介说。
新物种就是果冻机器人(Jelly Robot),而“芒果”是第一个会走路的果冻机器人。“果冻机器人是一种全新概念的机器人,它身形伸缩自如,像章鱼一样能挤入人类以及传统机器人无法进入的各种狭小空间,可以通过墙壁裂缝挤入建筑物,可以在洞穴或墙壁缝隙中搜索和拆除爆炸物,可以攀爬绳索和树木,甚至可以溜进人类的身体,不知不觉干掉各种病毒。”原佑介说。“灵感来自毛毛虫,它没有骨头和关节,却也能自由伸缩、蜷曲。”
早在2000年,早稻田大学仿人机器人研究院就成立了果冻机器人实验室。传统机器人依赖的是机械系统,而果冻机器人依靠的是“自组织”化学信号,并创造自己的内部控制和机械信号。
“我们造出了能进行自组织反应的材料,这是一种能依据环境变化改变颜色的聚合物,外观像芒果,变色的过程,事实上是细微的化学反应,凝胶体中的钌离子有序地放电、充电,凝胶体的形状也会收缩、伸展。”与原佑介同一个实验室的前田慎吾(Shingo Maeda)说,“这是基于一个称为别洛索夫-扎鲍京斯基(BZ)的振荡化学反应(参见本期辞典)。在没有电力的情况下也能行走。通过控制外部环境操纵‘芒果’的行程,直到‘芒果’内部的化学反应结束。遗憾的是,‘芒果’现在只能在较为粗糙的物体表面自由行走。”
大大小小的果冻
“芒果”出生1个月后,在布拉格,一堆数以千万计的超迷你果冻机器人“chobots”也诞生了。这是一种微米尺度或以下的柔软机器人。
“事实上,下一代机器人c h o b ot s 诞生在布拉格很恰当,机器人一词是由捷克作家卡雷尔•恰佩克(Karel ˇCapek)创造的。”弗朗齐歇克•斯捷潘内克(FrantisekStepanek)指出,他是布拉格化工学院教授。“我更喜欢恰佩克对机器人的描述,‘它们柔软如果冻一般,能去任何它们想去的地方’。chobots满足这点,它们很小,能够进入最微小的地方。”
Chobots的革新在于通信方式。“微型传感器只是通信的一种方式,chobots能用一种全新的通信方式,不是基于对无线电通讯,而是基于分子传输,自然界中有这样的例子,就是信息素。”斯捷潘内克说。
半年后,美国人的“ChemBot”来了。它像一个不规则的球,也是靠改变其外形进行移动。传说它不但能够渗透入直径为1厘米的空间,而且能够扩展至原有大小的10倍,还可以最终通过生物降解化为无形。
“ChemBot”是美国国防部高级研究计划局计划的产物。2007年3月,美国国防部高级研究计划局和塔夫茨(Tufts)大学签订了一份价值330万美元的合约,用以开发果冻机器人。来自生物工程学、动物神经学、软材料学、无线传输学等学科的科学家共同完成小至2克大至200克的果冻机器人模型。和“芒果”不一样,ChemBot利用了“堵塞”原理,通过增加液体密度使液体变为固体状态的物理过程。机器人的内部有着许多不同的小房间,随着小房间的充气和放气过程,机器人一涨一缩的移动了。
柔软机器的未来
现在的果冻机器人仍然简陋,距离《终结者2》中的液体机器人T-1000还有很长的路要走。美国人对果冻机器人的要求很严格,目标是,“机器人体积不应超过网球大小,能够以每分钟25厘米的速度持续行进5米,可将自身尺寸减少90%,能够穿过直径1厘米的缝隙并在15秒内恢复原状。除此之外,机器人还必须能够在恢复形状后继续执行任务,并具有‘感官知觉’—以便感知存在的障碍和自己的形状。”
装配迷你传感器的果冻机器人可以完成很多任务:监控和消灭水资源中的有毒物质;注进患者体内,代替医生对患者实施手术,手术完成后能自行在人体内分解消失。塔夫茨大学教授大卫•卡普兰(DavidKaplan)说:“下一步是让机器人用上无线通讯,通过头发丝大小的传感器来测量温度、压力、声音等数据。相较于普通设备,这种机器人将节约大约0%的电能。”要达到这一点,它们的通讯和材料都要更新。“让果冻机器人走起来,这只是第一步。”