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机器人狗斯科特由波士顿动力学和狗的动物幻觉。版权归SOPA Images Limited/Alamy Stock Foto所有
28.10.2021

版权由大自然

当我们创造或改进产品时,我们一次又一次地把自然作为模型。机器人技术也是如此。多亏了仿生学,这个领域有了一些令人惊讶的发展。

我们都知道它们:星球大战电影里的R2-D2和C-3PO。它们都是机器人,尽管它们之间的差别非常大。C-3PO是一个摇摇晃晃的人形机器人,而R2-D2只有齐腰高,看起来像个木桶。尽管如此,他的三只脚还是非常灵活,他甚至可以爬楼梯,尽管很困难。然而,当你考虑到今天的移动机器人所能做的一切时,它们似乎都很古老。它们不仅能自主行动,甚至还能翻跟头、翻跟斗、跳过障碍,同时始终保持平衡。

Robo-flying狐狸:专门研究自动化的费斯托公司将机器人技术和仿生学结合起来。这只机器果蝠就是一个例子。©Festo SE & Co. KG

工业园区的机器狗

波士顿动力公司(Boston Dynamics)的移动机器人在模仿人类和动物模型的动作时,正在制定标准。1992年诞生于美国麻省理工学院的现代汽车从2021年夏天开始成为现代集团的子公司。“我们的机器人最终会像人和动物一样移动,不是因为我们设计它们看起来像人和动物,而是因为我们让它们保持平衡。平衡和动态是我们以前只在动物身上看到过的特征,”该公司在其网站上写道。波士顿动力在机器人运动的发展方面取得了惊人的进展,这些运动既稳定又动态。任何观看机器狗Spot视频的人都会惊讶地发现,它的动作与真实的狗非常相似。这款机器人重25公斤(55磅),高80厘米(31英寸),目前正在批量生产。每个单元的价格约为7.5万美元。Spot可以根据特定的任务进行编程,以最佳方式处理任务。

《自然》向我们展示了如何用最少的能源消耗达到最高的性能

Karoline von Häfen,Festo SE&Co.KG公司企业仿生项目负责人

但是谁会需要这样的机器狗呢?Boston Dynamics指出,可以对危险、难以接近和偏远的环境进行现场检查,或在未铺砌的地形上运输货物。作为试点项目的一部分,德国化学和制药公司默克公司已转向Spot的服务。这只机器狗在该公司的热排气清洁设施进行了巡视。它最初是通过远程控制来完成工作的,但在智能控制软件的帮助下,它能够完全自主地运行。在这种情况下,Spot使用摄像机和传感器自行找到自己的路。它在巡游中自动记录和传输数据,必要时甚至爬上格栅楼梯和绕过障碍物。

Robo-Sepia:这个小型水下机器人像墨鱼一样在水中滑翔。两侧的硅鳍由两个伺服马达驱动。©Festo SE & Co. KG

以自然为参照点

波士顿动力公司的仿人移动机器人阿特拉斯进一步证明了技术上的可行性。Atlas有超过28个液压接头,可以跳跃、旋转和翻转。该机器人身高约1.5米(59英寸),重176磅,在一个地块上导航对它来说没有问题(80公斤)它的许多传感器使它能够自我定位并保持平衡。对于那些认为机器人是静止的机器,甚至是R2-D2的人来说,阿特拉斯似乎是通向未来的一扇窗户。

越来越清楚的是,机器人技术可以从大自然中汲取大量灵感。对于许多科学家和工程师来说,这是机器人进化过程中的一个重要参考点。这并不奇怪。在进化过程中,动物世界有足够的时间完全适应环境。这是一家专门从事自动化技术的德国公司Festo着迷的东西。15年前,它建立了仿生学习网络。在其核心团队中,Festo专家以及国际大学、研究所和外部公司致力于将动物能力转化为机器人技术。

以象鼻、鱼鳍和变色龙为模型

费斯托制造的机器人可以像飞狐一样在空中飞翔,也可以像有纵向鳍的乌贼一样在水中前进。更不用说像非洲弹蝇蜘蛛那样靠腿自己前进的移动机器人了。如果某个地方的地形合适,它就会把自己聚集成一个球,用一种滚动运动覆盖大部分路线。费斯托的其他发展在某种程度上类似于他们的灵感来源:“自动化技术通常涉及抓取和移动。在这方面,大自然提供了丰富的解决方案,”企业仿生项目负责人卡洛琳·冯Häfen在费斯托网站上说。例如,大象的鼻子是一种轻型气动机器人的模型。机械臂包括各种波纹管段和旋转驱动器。这使得它比典型的工业机器人更加敏捷,并允许它围绕物体工作。

各种手爪适合“象鼻机器人”,每一个都结合了大自然的功能。这种特殊的抓握手指模仿鱼的尾鳍。如果对它们施加压力,它们不会弯曲。它们的反应是围绕压力点弯曲。抓取手指采用这一原理,并根据被抓取物体的轮廓进行调整。食品工业利用这一能力对水果和蔬菜进行分类。另一个抓手的动作就像变色龙的舌头。当这种动物捕食时,它的舌头会伸出,攻击猎物,并在猎物周围弯曲一部分以防止其逃跑。硅酮制成的机器人手爪也有类似的行为。它的外壳充满了轻微的超压,因此它在目标周围灵活地弯曲,抓住并移动目标。

机器人蜘蛛:必要时行走,可以时滚动。这种机器蜘蛛模仿非洲flic flac蜘蛛的动作。©Festo SE&Co.KG

更多仿生学,更少能源消耗

伊尔梅瑙理工大学的生物机电系也是面向自然的,像Festo一样,它采用了非常特殊的创新能力。"如果仿生学在里面,你从外面看不到它,”部门主任哈特穆特·维特在与负责技术安全控制的tÜV Nord的谈话中说。例如,维特部门的科学家合作开发了一种攀爬机器人,模仿老鼠的动作。但它一点也不像老鼠。开发人员轻巧的设计和类似啮齿动物的动作使机器人的重量大大减轻。该机器人的能耗也减少了75%。Festo的von Häfen最近向法兰克福Allgemine Zeitung报纸表达了她对大自然潜力的热情。“它展示了如何以最低能耗实现最高性能。”

通用电气研究公司也在向大自然学习。2021年夏天,这家美国公司以蚯蚓的运动为灵感制作了一款软体机器人,引起了轰动。机器人蠕虫在没有关节的情况下独立地钻过地球。它能自动绕过地下障碍物。它使用基于蚯蚓的人造肌肉来产生运动。这种方法使它可以省去关节,并给这个健壮的、像软管一样的机器人一个更尖锐的曲线半径。此外,它有能力强迫自己通过有限的空间,抓住和移动物体。通用电气研究公司不仅对突出挖掘隧道的新方法感兴趣,还希望开辟机器人检查和维修的新可能性。

这个例子表明,基于仿生学的机器人技术是如何支持那些从事繁重、困难工作和调查难以进入的环境的人的。这个领域也将促进人类和机器人之间的合作。福特汽车公司的例子表明,这一趋势不仅仅包括智能软机器人。该公司在其一家工厂使用了两只机器狗。随着时间的推移,员工们开始和他们打招呼。机器狗似乎能吸引人类的情感。反过来,如果员工能把机器人当成活物,他们可能会更愿意与机器人合作。

本文最初发表于Freudenberg seal Technologies的企业杂志《ESSENTIAL》,该杂志涵盖了各种趋势、行业和新想法。想要阅读更多类似的故事,请点击betway live .

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