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      哈佛AI人工智能黑科技——软体机器人带你“飞”

      2020/02/16687

      当你闭上眼(yǎn)睛(jīng)之后,即使一片漆(qī)黑,但你还可以(yǐ)通(tōng)过(guò)肢(zhī)体的感触,来感知这个世界,想象(xiàng)一下这是一(yī)种怎样的体验,

      现在人工智(zhì)能越来越发达,机器人也(yě)有(yǒu)同(tóng)样的能力(lì)了(le)。

      这个年代,是一个高科技的时(shí)代,机器人的发明已经不是什么新鲜的(de)事情了,而且大多数的机器(qì)人都(dōu)是通过电力驱(qū)动的。

      科学(xué)家们发明的机器人都(dōu)是以一种不灵(líng)活(huó)的冷冰冰形象出现,因为它们那看起来非常(cháng)僵硬的身体(tǐ)无法灵活的根据(jù)环(huán)境来工(gōng)作,所以这种(zhǒng)机器人(rén)就被称为是刚性机器人,但(dàn)随着(zhe)科(kē)技(jì)越来(lái)越发达(dá),它们正在(zài)积极转型成(chéng)为软体机器人(rén)。

      此前,机器人大(dà)多通过运动相机、激光(guāng)雷达系统以及(jí)算法来(lái)获取并生成(chéng)环境(jìng)三维信息。

      但这种(zhǒng)视(shì)觉系统对于现在(zài)的机器人新贵——软(ruǎn)体(tǐ)机(jī)器(qì)人来说似乎不太适用(yòng)。


      ▲ 来自哈佛大学的(de)软(ruǎn)体机(jī)器人

      软体机器(qì)人因骨(gǔ)骼(gé)惊奇(qí)、身体柔软,可以穿梭于一(yī)般机器人难以触达(dá)的地(dì)方,但是对(duì)于在这些「犄角旮(gā)旯」里面如何(hé)探知三维空间,如何对外界环境做(zuò)出精确的建模(mó)却一(yī)直是个(gè)问题。

      一(yī)款新出的机器人,不(bú)需要用电就能(néng)使其移动,而是采用了一种折叠方(fāng)式,这是怎么做到的呢?我们一(yī)起来看(kàn)看吧!

      就在前段时(shí)间,哈佛(fó)大学的(de)Wyss研究所像(xiàng)大众展示了他们的一款软体机(jī)器(qì)人,这个受折纸启发发明的软体(tǐ)折叠机器人叫Rollbot,它的长相(xiàng)非常简单,但它确确实实是一个名副其实的机器人。


      除此之(zhī)外它的体型非常小,就是一(yī)张小卡片,可是一旦(dàn)将这(zhè)张小(xiǎo)卡片(piàn)放到桌面上,它就能折叠往前(qián)跑(pǎo)。这是因为(wéi)它是由一种叫液晶(jīng)弹性(xìng)体的活(huó)性材料制成的,与热表面接触时就(jiù)会折叠成五(wǔ)角轮自动前进,所以纸片能够(gòu)自己(jǐ)动起来不是因为活见(jiàn)鬼了,而是有一定的(de)科(kē)学(xué)原理(lǐ)的。

      纸片下面的(de)板(bǎn)子也不是一块普通(tōng)的板(bǎn)子,它(tā)的温(wēn)度达到了200摄氏(shì)度(dù),这是(shì)为了给纸片提供(gòng)一个热环(huán)境。纸片通(tōng)过折叠往前走,又是如何控制自己(jǐ)的运动方向呢?其实是有一定的规律的。


      因(yīn)为纸片(piàn)的折叠位置是(shì)一(yī)个个在不同的温度下可以(yǐ)进(jìn)行折叠的3D打印软铰链,其一侧在与热(rè)表面接触时就可以折叠,然(rán)后推着(zhe)轮子转向(xiàng)下一侧,只要离开(kāi)热表(biǎo)面(miàn),就恢复成(chéng)原(yuán)状(zhuàng),如此循环下去(qù)。

      这样(yàng)一(yī)个完整的操作过(guò)程实施下来,研发人(rén)员就(jiù)可(kě)以对温度、铰(jiǎo)链的弯曲程度(dù)、折叠(dié)方(fāng)向(xiàng)进行系统的编程,然后来控制纸(zhǐ)片(piàn)的运动形式,这样(yàng)就可(kě)以按照一定的轨迹(jì)前进了(le)。


      大多数的软体机器人其实都(dōu)需要依靠外部(bù)电源来进(jìn)行控制的,但(dàn)Rollbot却(què)走了(le)一个新(xīn)路线,完(wán)全摒弃掉电线(xiàn),不用电就能灵活地(dì)改(gǎi)变自身的(de)形状来(lái)适应环境,这将为以后的机器人事(shì)业打造出了一条很有前景的道路。


      太空探索(suǒ),救(jiù)援等多功能软体机器人

      据哈(hā)佛大学约翰(hàn)·A·保尔森工程与(yǔ)应用科学学(xué)院(yuàn)(下称SEA)官(guān)网和Tech Explorist报道,6月(yuè)2日,哈佛大学约翰·A·保(bǎo)尔森工程与应用科学学院(SEA)的研究(jiū)人(rén)员开发出了最新型的软体机器人,它可(kě)以应用于太空探索、搜索(suǒ)和(hé)救援系(xì)统、仿生学、医学手术与康复等领域(yù)。

      这款新(xīn)型机器人由(yóu)空气驱动,并用一个输(shū)入器(qì)代替了多(duō)个控制系统,使机器(qì)人在不(bú)受约束的同时,还能简化控制(zhì)、减轻重量。


      图(tú)片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS软体机器人被业内视为机器人技术的未来,相较于硬性(xìng)机器人而言(yán),它有可挤入狭小空间、碰撞(zhuàng)后能(néng)尽快恢复等优点。

      但目(mù)前(qián)来说,软体(tǐ)机器人在设计上(shàng)仍有许多局限(xiàn)。其中最(zuì)大的(de)一个问题就是,软体机器人通常需要拴在输入线上(shàng),这意味着它们(men)必须通过提供压(yā)缩空气的管道和控制(zhì)其系统的电线与外部设(shè)备相连。但这(zhè)些管道和电线在很(hěn)大程度上(shàng)束缚(fù)了(le)软体机器人功能的发(fā)挥。

      而如今哈佛大学(xué)研发的这款软体机器(qì)人(rén),则(zé)可将其驱动过(guò)程大大简化,从而解决这一难题。

      该机器(qì)人被设计成十字形,有(yǒu)四条(tiáo)“腿”,每条“腿”都相当(dāng)于一个执行器,各执行(háng)器上含有八个由细小通道连(lián)接的气室,顶部(bù)则留有七条接口,用于(yú)接通输送压缩空气(qì)的管道。

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      图片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS这项(xiàng)研(yán)究论文发表在《软体机器(qì)人学》杂志上。

      哈佛大学应用力(lì)学教授卡(kǎ)蒂(dì)娅·贝(bèi)尔托迪(Katia Bertoldi)在论(lùn)文中(zhōng)表示,该项研究首次提出了(le)这种基于流体粘性现象来制(zhì)造软体机器人的方法。使用该方(fāng)法的软体机器人其驱动结(jié)构将(jiāng)比以往的更为简单、容易。

      该方法(fǎ)通过使用不同直径的(de)管子来控制空(kōng)气在软(ruǎn)体机器人装置中(zhōng)的移动速度,即一次性通过其中一个管泵输送相同数量(liàng)的空气,管(guǎn)的大(dà)小将决定(dìng)空气流动的方式和(hé)位置。

      比(bǐ)如(rú)将三根直径(jìng)为(wéi)0.79mm、长度相同的管子(zǐ)接在机(jī)器人上,再接通一根(gēn)直径为0.38mm的长管输(shū)送气流。它其中的一(yī)条“腿”就能充满空气并弯曲起来(lái),而另外三根上接(jiē)通的管道(dào)由于直径更粗并且长度相同,因此输送压缩空(kōng)气的时间较短,其余三端(duān)可几乎同(tóng)时鼓起落下。

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      图片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS不同长度的管子分别接在机器人顶(dǐng)部的(de)接口(kǒu)上(shàng),不同的(de)粗细、长度和(hé)接通方(fāng)式都会对机器人的运(yùn)动方(fāng)式有所(suǒ)影响(xiǎng)。

      例如(rú)将四条直(zhí)径均(jun1)为0.38mm,长度分别为(wéi)78.6cm(输入空气)、10cm、43.7cm及122.4cm的管(guǎn)子配置(zhì)于该机器(qì)人上(shàng),并将这些(xiē)管子按顺序连接起来,接(jiē)通压缩空(kōng)气。

      那么该机器人(rén)的(de)执行(háng)器最终会按照设(shè)定好(hǎo)的顺序,即右-上下-左的顺序依次进行弯曲,从而向前爬行。

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      图(tú)片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS如果将管子接(jiē)口的位置和(hé)次(cì)序调换一下,执(zhí)行(háng)器充气的顺序就会发生变化,利用这一方式(shì),该(gāi)机器人即可实现不(bú)同方向的运动。

      此(cǐ)外(wài),由于(yú)每个执行器的大小、厚度不尽(jìn)相同,在输入等量空气时,弯曲的程度也(yě)不(bú)同,因此运动(dòng)的距离也会有所差别。

      但(dàn)由于输入(rù)压缩空气的速度与量(liàng)是不变的,调控(kòng)管子就能够决定空气输送的位置和顺序(xù)。因此它不再需要(yào)复(fù)杂的空(kōng)气压缩计算和控制。


      图(tú)片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS研究人员尼古拉(lā)斯·瓦西奥(Nikolaos Vasioses)表示,在这项研究之(zhī)前,人们还不能在没有(yǒu)独立控制每个驱动器的情况下,通(tōng)过(guò)单独的输(shū)入线、压力源以及复杂的(de)驱动过程来构建软体机器人。

      该(gāi)项目是人们朝(cháo)着(zhe)完全不受约束的简单驱动软体机器人研发迈出的重要一步。

      在科技的不断进步下,软体机器人的结构会不断完善,在未来的发展空间越来越广。

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