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过腻了猫奴狗奴的生活,我想去机器人版的「动物世界」里看看

作者:极客公园 时间:2018/03/30 阅读:4786
各种仿生学的机器人我们已经见了很多,比如之前介绍的仿生鮣鱼、蜜蜂机器人,还有波士顿动力的机器狗,它们都是模 […]

各种仿生学的机器人我们已经见了很多,比如之前介绍的仿生鮣鱼、蜜蜂机器人,还有波士顿动力的机器狗,它们都是模仿一种动物的习性,然后获得了与其类似的能力。不过要说对仿生机器人研究最全面、最执着的团队,我想 Festo 一定是其中之一。

Festo 是一家德国的自动化公司,在过去的十几年里,他们陆续推出海鸥、企鹅、蝴蝶、蚂蚁、水母、蜻蜓、袋鼠等多款仿生机器人,涵盖了海洋生物、鸟类、昆虫、哺乳动物等。最近,Festo 又推出两种新型仿生机器人,一个是蝙蝠,另一个是蜘蛛。

制造这么多的仿生机器人,他们是想创造一个机器人版的「动物世界」吗?

可自主飞行的「蝙蝠机器人」

这些各式各样的机器人全都来自 Festo 的仿生学习网络,核心团队由工程师、设计师和仿生学家组成。这次推出的蝙蝠机器人 BionicFlyingFox 原型是狐蝠,开发人员仔细研究了这种生物的特性,并以技术手段模拟了它独特的飞行模式。通过集成电子板和外置运动追踪系统的配合,人造狐蝠能够在特定空间内实现半自主飞行。

狐蝠的一个典型特征是它精细而富有弹性的翼膜,在飞行时,它能用手指控制翼膜的曲率,从而在空中灵活飞行。即使是在慢速飞行时,也能获得最大的升力。就像自然界的狐蝠一样,人造狐蝠的翼也由手肘两个关节组成,上面绷了一层有弹性的翼膜,一直延伸到后肢。它的两翼展开宽度为 228 厘米,体长为 87 厘米,整体仅重 580 克。这样一来,人造狐蝠的所有关节也都处于同一平面,就可以单独控制以及折叠双翼。

展开剩余67%

专门研制的翼膜通过约 45000 个点紧密地焊接在一起,所以具有足够的弹性,即使在收起双翼时,也几乎没有褶皱。蜂窝结构可以防止裂纹进一步扩大,即使翼膜出现轻微损伤,BionicFlyingFox 仍能继续飞行。

运动追踪系统的重要组成部分是两台红外相机,它们被安装在一个云台上,相机可以随意转动倾斜,以便追踪 BionicFlyingFox 的整个飞行过程。借助两翼与两条后肢的四个特殊红外标记,相机能够识别人造狐蝠的运动。

运动追踪系统能够持续检测它的位置,同时规划飞行轨迹,并提供必要的控制指令。人可以手动控制飞行物的起飞与降落。在飞行中,则由自动驾驶仪掌管飞行任务。

相机捕捉的图像会传送至中央主机,然后主机来评估数据,协调飞行。预编制的飞行路径能够提前确定 BionicFlyingFox 飞行时的轨迹。人造狐蝠从中央主机处获得必要的控制算法,机器学习会对算法进行不断的改进。通过这种方式,BionicFlyingFox 就可以优化飞行行为,更精准地沿着既定轨道飞行。

连滚带爬的「蜘蛛机器人」BionicWheelBot

另一个新型的蜘蛛机器人 BionicWheelBot 更有意思,它的原型是摩洛哥后翻蜘蛛,为了适应沙漠环境的生活,它有一种独特的行走方式,通过空中翻转与地面翻滚的组合来移动。而这样的驱动方式在仿生学中有重要意义。

摩洛哥后翻蜘蛛的移动方式完美地适应了生存环境。在水平地面上,翻滚移动的速度是普通行走的两倍,在颠簸的地面上,则可对动作予以分解。在两种地形相互交替的沙漠环境中,这种生物能够安全快速地进行移动。

摩洛哥后翻蜘蛛的发现者是 Rechenberg 教授,BionicWheelBot 的运动和驱动机制正是由他和 Festo 的仿生学团队共同开发。开始翻滚时,BionicWheelBot 会将身体左右两侧的三条脚变成「车轮」。两条在行走模式下折收起来的脚这时会获得释放,并推动变为球形的蜘蛛前进,同时在翻滚过程中提供冲力。这样能够防止 BionicWheelBot 停下来,并确保其可在粗糙的地面上前进。

在翻滚模式下,人工蜘蛛和自然界的摩洛哥后翻蜘蛛一样,可以比行走时更快地移动。这款机器人甚至能够应对高达 5% 的坡度。

「动物世界」的真正目的是什么?

Festo 的仿生机器人做得很真实,看着也挺好玩,但从其机械结构、系统中也可以看出,它们的研制可并不简单。为什么 Festo 要花如此大的力气,做这些看起来很有意思却没什么实际作用的仿生机器人呢,难道真的是为了「动物世界」?

正如上面所介绍的,Festo 本身是自动化领域的领先者,仿生学习网络的建立,正是为了从自然界中汲取仿生学的灵感,并应用到新技术中,为工厂自动化和工艺过程自动化提供新动力。当然,对于 Festo 来说,这些看起来很酷的机器人就像是个「活招牌」,可以向外界展示出 Festo 的方案解决能力,吸引更多人才和合作伙伴。

无论离实际应用还有多远,各种仿生机器人的研究都在向我们展示一个未来可能的场景,那就是不管地球环境怎样变化,自然界永远是人类最好的老师。尊重生物多样性、保护环境,是科技发展中不可忽视的价值坚持。

文章参考、图片来源:Festo

编辑:Rubberso



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