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機器人未來發(fā)展趨勢之十大關鍵技術盤點

2014-11-20 08:24 性質:轉載 作者:中國機器人網 來源:中國機器人網
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  軟體機器人控制技術

  機器人在大部分人眼里一直都是像擎天柱一樣的鋼筋鐵骨,不過事實并不總是這個樣子的。最近,來自美國普渡大學的研究人員就發(fā)明了一種由輕質惰性泡沫材料制成的軟體機器人,為了讓它像機器手臂一樣可以自由彎曲,研究人員還在在泡沫材料的表面覆蓋了一層特殊的“衣服”,而這層聚合物纖維在受熱的情況下可以自由改變形狀和堅硬度,作用就如同附著在骨骼上的肌肉一般。

  該項目的負責人稱,這種能夠變形收縮的機械纖維將被廣泛用于機器人領域,而他們也有計劃以此為基礎研制新型飛行機器人。另外,由于成本低重量輕,機械纖維機器人十分適合用于太空探索,要知道每多將一克物質送上太空,整個發(fā)射成本都會顯著增加,而美國航空航天局也已經開始著手研究這類軟體機器人。不僅如此,對于醫(yī)療領域來說機械纖維也是一種極好的材料,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礎上又減輕了患者的負擔。

  液態(tài)金屬控制技術

  據英國《每日郵報》9月23日報道,美國北卡羅來納州一個科研團隊日前研發(fā)出一種可進行自我修復的變形液態(tài)金屬,距離打造“終結者”變形機器人的目標更進一步。

  科學家們使用鎵和銦合金合成液態(tài)金屬,形成一種固溶合金,在室溫下就可以成為液態(tài),表面張力為每米500毫牛頓。這意味著,在不受外力情況下,當這種合金被放在平坦桌面上時會保持一個幾乎完美的圓球不變。當通過少量電流刺激后,球體表面張力會降低,金屬會在桌面上伸展。這一過程是可逆的:如果電荷從負轉正,液態(tài)金屬就會重新成為球狀。更改電壓大小還可以調整金屬表面張力和金屬塊粘度,從而令其變?yōu)椴煌Y構。

  北卡羅來納州立大學副教授邁克爾·迪基(MichaelDickey )說:“只需要不到一伏特的電壓就可改變金屬表面張力,這種改變是相當了不起的。我們可以利用這種技術控制液態(tài)金屬的活動,從而改變天線形狀、連接或斷開電路等?!?

  此外,這項研究還可以用于幫助修復人類切斷的神經,以避免長期殘疾。研究人員宣稱,該突破有助于建造更好的電路、自我修復式結構,甚至有一天可用來制造《終結者》中的T-1000機器人。

  機器人生物行走技術

  新一代微型生物機器人能收縮肌肉。美國伊利諾斯大學厄本那香檳分校工程師展示了一類行走“生物機器人”(bio-bots ),由肌肉細胞推動、電脈沖控制,研究人員能對其發(fā)號施令。相關論文在線發(fā)表于最近的美國《國家科學院學報》上。

  “不管你想制造任何種類的生物機器人,由細胞驅動的生物刺激都是一項基本要求?!必撠熯@項研究的伊利諾斯大學厄本那香檳分校生物工程主管拉什德·巴什爾說,“我們正在把工程原理與生物學整合在一起,設計開發(fā)生物機器人和用于環(huán)境、醫(yī)療方面的系統(tǒng)。生物學非常強大,如果我們能學習利用其優(yōu)勢,將帶來許多好東西。”

  巴什爾小組用3D打印技術造出一種柔韌的水凝膠和活細胞組成的生物機器人。以前,他們也曾用跳動的小鼠心臟細胞造出一種能自己“行走”的生物機器人,但心臟細胞不停地收縮,讓他們無法控制機器人的運動。因此要用心臟細胞來設計生物機器人是很困難的,它不能隨意開關、加快或減慢速度。

  新設計的生物機器人受自然的肌腱骨骼啟發(fā)。據物理學家組織網近日報道,他們用3D打印水凝膠制成主骨,既能支持生物結構,又能像關節(jié)一樣彎曲。再把一條肌肉錨在主骨上,就像肌腱把肌肉附著在骨骼上。生物機器人的速度由電脈沖頻率來控制,頻率越高,肌肉收縮越快,生物機器人也就走得越快。

  “骨骼肌細胞很有吸引力,你可以用外部信號來調整它的步調。”巴什爾說,“比如設計一種設備,讓它能在感覺到某種化學物質或接到某個信號時開始工作,可以使用骨骼肌。我們把它作為設計工具之一,工程師在設計時,還有不同的方案。”

  “這完全是自然的,我們的研究基于仿生設計原則,如肌肉骨骼系統(tǒng)的自組織?!闭撐牡谝蛔髡摺⒀芯可辶铡ご耐乜凭S奇說,“本成果代表了生物機器開發(fā)與控制方面的重要一步,能夠刺激、訓練或培養(yǎng)它們來工作。這種系統(tǒng)最終可能發(fā)展成一代生物器,用于藥物遞送、手術機器人、"智能"移植、移動環(huán)境分析器等。”

  下一步,研究人員將加強對生物器運動的控制,像集成神經元那樣,用光或化學物質控制生物器向不同方向運動。“我們的目標是把這些設備用作"自主傳感器"?!卑褪矤栒f,“比如,讓它能感覺到某種化學物質,朝它運動并釋放中和劑。刺激控制生物器是向此目標邁進的一大步。

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