跳着爬着模仿昆虫的小型机器人世界

跳着爬着模仿昆虫的小型机器人世界

在阿基特阿里的启发下诞生的“特里博茨”/真尼斯贝克扎科夫

( CNN )说到机器人，大部分人会想象巨大机器人，或者至少人类大的机器人吧。 但是，现在世界上的机器人研究者们重点致力于像昆虫那么大(以及比昆虫还小)的机器人。驱动机器人研究者们研究昆虫型机器人的，不仅仅是昆虫的身体很小。 他们还着眼于构成跳蚤和苍蝇等六条腿生物日常生活的许多复杂的作业和身体技能。机器人开发的课题不仅仅是能让机器人有多大、有力量。 机器人有多小，多聪明也很重要。 如果能指挥一群简单的机器人，有什么可能？ 如果有能飞，在水面上跑，跳到天花板，再集体行动的机器人的话，到底能有什么样的使用方法呢？

美国卡内基梅隆大学的助教、机器人工程学专业的泽内普·特梅尔在自己的研究室致力于这些疑问。特梅尔说，小机器人有助于医学应用。 例如向目标部位送达药物和不伴随切开的单纯的外科手术等。 另外，小型机器人可能在地雷原等危险场所和搜索救援活动中也能拯救人命。像蚂蚁和蜜蜂一样可以合作的小型机器人也适合探索火星等其他行星，不需要人类去未探测的危险场所。这些只是生物生物生存（生体模仿）仿生机器人重要的应用实例的一小部分。 世界主要机器人工程研究室的机器人研究者们之所以致力于研究3对6条腿的昆虫。特别是蚂蚁是受欢迎的研究对象。 蚂蚁可以举起又大又重的行李，在森林和沙漠中迅速移动，也可以合作建造桥梁，越过障碍。瑞士联邦理工大学洛桑分校( EPFL )可重构机器人研究所( RRL )的创始人兼总监杰米·派克的研究小组，用以阿基特阿里为榜样的电池式开发了手掌大小的机器人。 据说这个机器人可以适应环境和共同作业。自然界的颚蚁能做一般蚂蚁的一切。 另外，以时速约145公里的惊人速度移动强大的下巴，利用其反作用，可以迅速地从敌人手中跳过。派克的研究小组使用了与此相同的机制，使各机器人能够进行各种各样的动作。 比如高飞的垂直跳，远飞的水平跳，跳过障碍物的旋转跳，凹凸面的步行，平面上的匍匐等。和蚂蚁一样，各组完全自主移动，但可以相互通信，通过简单的发射机进行协作。派克说，小型、非常简单的自立型机器人的另一个优点是，与更大的机器人相比价格便宜，因此即使一部分消失或破损也能完成任务。昆虫的适应力应用于机器人为什么机器人研究者们这么想参考昆虫？ 派克说，那是因为昆虫将成为证明可能的出发点。例如，昆虫证明，像跳蚤一样跳到自己身高的100倍高度，爬垂直的障碍物(相反下车)，像瓢虫一样把全尺寸的羽毛收纳在小而硬的壳下等。 派克说:“这些是自然的优化设计。”另外，对所有大小的机器人来说最大的课题之一是在复杂的地面上笔直地站着。 案例西方保留大学机械工程系的助教凯瑟琳·达尔特里奥指出:“机器人擅长平坦的一面，但自然地形凹凸不平，所以对机器人来说(站直是很难的)。”

模仿蟑螂走路动作的小型机器人“微波”/由凯瑟琳·达尔托里奥提供昆虫有六条腿。 从机器人的角度来说，就像有两组三脚架一样，非常容易保持稳定。 昆虫除了多条腿外，还使用各种结构和材料横穿垂直面。 道尔特里奥研究这个特征，通过模仿，制作了非常简单漂亮的机器人“迷你韦格”。 这辆迷你韦格，竟然只有一台马达。动力和原材料人类唯一不能正确再现的是昆虫生长、排泄的独特素材。 昆虫通过使用小指甲、刺和粘性腿，可以做各种各样的事情。道尔特里奥认为，尼龙搭扣、胶带、工艺品刺等人工素材可以用于迷你围裙，但很难再现轻量、具有生物降解性的坚硬外骨架等其他素材。 达尔特里奥表示，目前塑料和碳纤维有助于制作廉价、简单的外包装。

在水边进行新机器人试验准备的技术人员/由凯瑟琳·达尔托里奥提供但是，并不是所有的昆虫都很硬。 另外，机器人研究者们现在正在开发一种柔软的机器人，它不依赖于所有的动作，而是像毛毛虫一样一边使身体变形一边移动。 例如，如果使用对温度有反应的形状记忆合金，柔软的机器人可以蜷曲、滚动，但加热后会恢复到原来的形状。小型机器人的另一个课题是动力。 充电式电池和太阳能面板这两个很受欢迎的解决方案。 但是，关于材料问题和动力，机器人研究者们在材料科学、电池、太阳能技术与专业同事们密切合作的同时，致力于开发自立型机器人。机器人要想和昆虫一样聪明、敏捷，需要机器人研究者们的进一步研究。达尔特里奥说:“即使是小苍蝇，也有非常高的反应。 它的反应很快，可以应对很多感知信息”，而且还补充说“(昆虫)有这样非常丰富且可以适用的行动记录，但还不能让机器人再现这些”。