近(jìn)日,Science杂志评选了10项激动人心的机(jī)器(qì)人开发和技(jì)术,覆(fù)盖从可(kě)能改变机器人技术未来(lái)的原(yuán)创研究,到支持(chí)基础科学和(hé)推动工业和(hé)医疗创新的商业产品。
Top1:波士顿动力的跑酷机器人(rén)Atlas
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1.5米,75公斤Atlas的表现让我们感到惊讶,只用(yòng)一条(tiáo)腿跳过(guò)木踏板,同(tóng)时慢跑和跳过木箱而没有中断。
这些特性被用(yòng)于在具有挑战(zhàn)性的(de)地形上行走,在(zài)受到干(gàn)扰,站立,抬(tái)起和操纵(zòng)物体时保(bǎo)持(chí)平(píng)衡,以及像体操运动员(yuán)一样执行后翻。
MarcRaibert的(de)波(bō)士(shì)顿动力团队仍然(rán)是机器人平衡和推(tuī)进的领头人。
Raibert观察到“机械系统具有自己的思(sī)想,受物理结构和物(wù)理定(dìng)律支配。”Atlas使(shǐ)用其视觉系统来调整自身并(bìng)测量到跑酷障碍的距(jù)离。
尽管Raibert承认并非(fēi)所有的试(shì)验都能成(chéng)功掌握,但他希望这些demo能够在“将来机器(qì)人能做些(xiē)什么”的问题上,给到一些启发。
Top2:IntuitiveSurgical的达芬奇SP平(píng)台
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机器(qì)人手术(shù)是近(jìn)年来(lái)最(zuì)重(chóng)要的手(shǒu)术创新之一。
通过使用机(jī)器(qì)人(rén)方(fāng)法执行诸(zhū)如根治性前列腺(xiàn)切除术的程序,这意味着许(xǔ)多(duō)益(yì)处。
越来越多(duō)的机器人平(píng)台(tái)正在兴起,临床吸收的(de)增加取(qǔ)决于是(shì)否会进(jìn)一步解决(jué),诸如(rú)成本效益和更(gèng)广泛的临床可及性障碍等问题(tí)。
达芬奇是早期(qī)的(de)先锋(fēng)和全球市场领(lǐng)导者,IntuitiveSurgical继续推动手(shǒu)术机器人的界限。
通过一个2.5厘米的(de)插管和小切口,新(xīn)推出的达芬奇单端口系统,允许外科(kē)医生控制(zhì)三个完全萎缩的肘关节器械,并(bìng)结合用于深部病变的关节内窥镜。
Top3:通(tōng)过(guò)增长导航的软机器人(rén)
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通过尖端增长进行导航,为机(jī)器人(rén)开(kāi)辟了新的方向。
想象(xiàng)一下(xià),如果葡(pú)萄(táo)藤(téng)、神经元或真菌菌(jun1)丝的(de)生长方(fāng)式,可以被我们利用,将其扩(kuò)大、加速,并且(qiě)获得极高的可操纵性。
研究人员采(cǎi)取(qǔ)了一管(guǎn)柔软的材(cái)料,这种材料在自身(shēn)内部折叠,但是当加压时,随着(zhe)管前部的(de)材料(liào)被(bèi)向外推动而(ér)向外(wài)生长。
这个出色(sè)的设计(jì)理念解决了机器人技术中的几个重大挑战(zhàn),并通过提取一般生物学原(yuán)理,来举例说明生物启(qǐ)发设(shè)计的使用。
软机器人(rén)设(shè)计允许在复杂的非结构(gòu)化环境中避开障(zhàng)碍,这(zhè)有(yǒu)望在(zài)管道和导管,医疗设备以及探索和搜救(jiù)机器人中进行导航。
Top4:用于软机器人的3D打印液晶(jīng)弹性体
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机器人技术的一大(dà)挑战,是(shì)探索(suǒ)新材料(liào)和制造方案,用以开发节能(néng)、多功能(néng)和兼容的执行器(qì)。2018年,在(zài)不同学科看到了这个新兴研究领域的急速发展。
之(zhī)前已经使用过多(duō)种形状变形的液晶弹性(xìng)体致动器,但该项(xiàng)目展示了如何使用具有空(kōng)间编程向列顺序的高操作温(wēn)度,直接墨水书写3D打印(yìn)来制(zhì)造弹性体。
与迄今为止报道的其(qí)他液晶弹(dàn)性体相比,这(zhè)些执行(háng)器显(xiǎn)示出提升重量的能(néng)力。
该技术承诺为软机器人提(tí)供大(dà)面积设计和动态功能架构。
Top5:肌肉模拟(nǐ),自我修复和液(yè)压放大致动器
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Peano-HASEL提供透明且(qiě)自感应的柔性执行器,可控线性收(shōu)缩率高达10%,应变率为每秒900%,以50Hz驱动。
致动器使用静电和液压原理,在施加(jiā)电压时提(tí)供线性收缩,而无需预拉伸材料或任何刚性(xìng)框(kuàng)架(jià)。
HASEL(液压放大自愈式静电)执(zhí)行器功(gōng)能强大,用途广泛,但生产成(chéng)本低廉。
据作者称,他们只使用便宜(yí)的(de)热(rè)封方法和廉价的(de)商用材(cái)料来生产这种(zhǒng)有前途(tú)的技术。
值得注意的是,该执行(háng)器能够提升(shēng)其重量的(de)200倍以(yǐ)上。
Top6:来自DNA的(de)自组(zǔ)装纳米(mǐ)级(jí)机器(qì)人
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DNA折叠可(kě)以在纳米尺度(dù)上形成不(bú)同(tóng)的形状。
通过(guò)控制自组装DNA折叠结(jié)构(gòu),与由(yóu)单链DNA形(xíng)成的(de)闩锁系(xì)统相结(jié)合,现在可(kě)以在外部施(shī)加的(de)可调(diào)电场下进行精确(què)的(de)纳米级运动。
这些(xiē)纳米级(jí)机器(qì)人系统可以并(bìng)行使(shǐ)用,用于分(fèn)子或纳米颗(kē)粒的(de)电驱动传输,数十纳米或更多。
机(jī)器人可以(yǐ)自下而上地进(jìn)行可编程合成(chéng)和材料组装(zhuāng)。其(qí)定位状态也可用作(zuò)分子机械记忆。
Top7:DelFly灵活的bioinspired机器(qì)人挡板
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许多生物启发机(jī)器(qì)人(rén)具有双重目(mù)的,即开发具有(yǒu)实(shí)际应用的先进技术,又可(kě)以揭示自然(rán)界用于建(jiàn)立和编程生物的原则。
DelFly让我看到了(le)一款卓越、无尾(wěi)、无绳、自动、可(kě)编(biān)程、小(xiǎo)型(28g)扑翼飞行器的设计。
该飞行器具有出(chū)色的灵活(huó)性,能够进行360°侧倾和俯(fǔ)仰翻转,角(jiǎo)加速度高达5000°s-2。
虽然它是果蝇大小的50倍以上(shàng),并(bìng)且不模仿(fǎng)任何特定天(tiān)然飞行物的机翼形态或运动学。
但机器人可(kě)以作为一(yī)种新的物(wù)理模型,来测(cè)试飞行生物(wù)如何进行飞行控(kòng)制。
令人惊讶(yà)的是,即使没有明确控制(zhì)所有旋转轴(zhóu),DelFlyNimble也可以精确(què)地再现果蝇的快(kuài)速逃逸动作。
我们认为(wéi)它是“科学机器人和科学机器人科(kē)学”的范(fàn)例(lì),并期望它将推动(dòng)飞行机器人的发展。
Top8:柔软的可(kě)穿戴式机器人
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在日常生活中佩戴外骨骼时,大多数人都不(bú)想像钢(gāng)铁侠那(nà)样。
一种轻(qīng)盈,有弹性的外套,提供了(le)整(zhěng)合面(miàn)料设计(jì)、感(gǎn)应、机器(qì)人控制和驱动的新方法,以增加穿(chuān)着者的(de)力量(liàng),平衡(héng)和耐(nài)力。
潜在的(de)应用包括帮助老年人增(zēng)强肌肉力量,支持他们(men)的活动性和独立(lì)性,以及(jí)恢复因中风,多发性(xìng)硬化症或帕金森病引(yǐn)起的运动障碍的儿童和成人。
Human-in-the-loop优化进(jìn)一步允许机器人与人的无缝集成,提供个性化控制策略和适(shì)应。
Top9:UniversalRobots(UR)e系列Cobots
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从(cóng)研究实验室到装(zhuāng)配线和物流(liú)到外科(kē)手(shǒu)术指导,UR机(jī)器人手臂尽管(guǎn)外表不起眼,但它们正变得无处不在(zài)。
该公司正在围(wéi)绕(rào)其核心产品(pǐn)开(kāi)发一个生态系统。他们(men)在2018年推出的(de)新(xīn)型(xíng)e系列(liè)协作机器人,呼应(yīng)了协同(tóng)自动化(huà)的大趋势。
凭借增(zēng)强的(de)安全(quán)功(gōng)能和(hé)力/扭矩(jǔ)感应,我们期望在机(jī)器人可以在与人类操作员(yuán)无缝(féng)学习和协作,在各种环境中看(kàn)到更智能的人机交互(hù)。
Top10:索(suǒ)尼的Aibo
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近20年前首次推出的索尼玩(wán)具犬aibo的回归,受到了许(xǔ)多人的欢迎。这不仅仅是因为它的(de)新外(wài)观,增强的语音理(lǐ)解以及从(cóng)其所有者那(nà)里学习的能力提(tí)高(gāo)。
更重(chóng)要的是(shì),索尼(ní)越来越多地意识到(dào)机器人在儿(ér)童学(xué)习、作(zuò)为老年人(rén)的(de)伴侣、辅助(zhù)患有神经退行(háng)性疾病的人方(fāng)面的潜力。
了解机器(qì)人(rén)周围人的感(gǎn)知、交互和期望,并开发具有(yǒu)情境感知的机器人,从而产生独特的行为和个性(不依赖于预先编写的程序以及(jí)个性化和适应性),是社交机器人最受关注(zhù)的话题(tí)。