Uploads%2farticles%2f11114%2fmjcynjczng  1
|
2016-10-08

麻雀虽小,五脏俱全,11 款微型机器人刷新你对它们的认知

机器人的概念,最早出现在 1920 年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克的科幻小说『罗萨姆的机器人万能公司』中,剧中叙述了一个叫罗萨姆的公司把机器人作为人类生产的工业品推向市场,让它充当劳动力代替人类劳动的故事。根据 Robota(捷克文,原意为劳役、苦工)和 Robotnik (波兰文,原意为工人),创造出 Robot「机器人」这个词。

其实,真正意义上的机器人出现在 1959 年,美国人英格伯格和德沃尔制造出了世界上第一台工业机器人,能代替人做一些诸如抓放零件的简单工作,也让人们对机器人的未来更加憧憬。

目前,机器人可替代人类完成许多高重复性的工作,与这些强有力的机器人相比,微型机器人应用前景更值得期待。这正如微型飞机比大型飞机更适合用来观测农场作物的生长情况以及控制自动灌溉和施肥系统一样。

俗话说,麻雀虽小,但五脏俱全。这些昆虫般大小,有的甚至肉眼都难以看到的机器人,早已不再只是科幻小说里的主人公了。

DelFlyMicro 飞行昆虫机器人

DelflyMicro 超轻、微型飞机是荷兰代尔夫特理工大学(the Delft University of Technology)的工程师研制,重量仅约为 18g,采用与鸟类似的扑翼飞行设计。借助其搭载的立体视觉系统、处理器和陀螺仪,它可以自行导航,在飞行过程中避开各种障碍。

DelflyMicro 还装有用于保持飞行高度的气压计以及用于保持稳定和航向控制的陀螺仪。借助这些传感器,这款飞机可以自行起飞,爬升到选定的高度,在空中盘旋大约 9min,整个过程无需进行外部控制。

Robo-Bee 蜜蜂机器人

哈佛大学所研发的仿生机器人 Robo-Bee,由激光切割的碳纤维材料制成,只有硬币大小,质量仅约 80 毫克,比一只蜜蜂还要轻。通过压电动力装置,它轻薄的塑料翅膀拍动频率可达 120 次/秒。当 Robo-Bee 以某个角度悬停在水面,暂时关掉引擎,将翅膀拍动的频率降至每秒 9 次,还可实现从空中到水下的无缝过渡。但反过来还不行,因为从水中出来时,还不能产生足够的升力。

研究人员还通过静电感应让 Robo-Bee 可以在任何表面上停留,原理类似于气球摩擦头发产生电荷后可以吸附在天花板的现象。值得注意的是,机器人吸附所需的能量低于飞行所需能量的1000 倍以上。当它再次起飞时,切断贴片的电源供应连接即可。

Robo-Bee 吸附悬停在物体表面

目前的 Robo-Bee 并不是很完美,也还在研发当中,并且有几个相应的方向。例如,能以任何方式吸附在物体上,不需要搭载电源,或者电线等。

Festo Ant 仿生蚂蚁机器人

德国 Festo 公司为解决机器人执行任务过程中出现的协调和组织难题,研发了能够根据共同目标行动的蚂蚁机器人。蚂蚁机器人长 13.5 cm,重约 105 g,主体由激光烧结(3D 打印)而成,头部安装有 3D 立体相机,触须可作为充电装置使用。其身体下方的光感器(类似鼠标)可识别地面红外线标记进行方向导航,其自带相机也可对地标定位。

蚂蚁机器人的通信网络可以使它们从上一级控制系统获得指令的同时,还能互相协作。就如一群真正的蚂蚁,不仅可以步调一致地行动,还能保持各自的自主性。

Water Strider 仿生水黾机器人

根据实验观察结果和水黾生物体的真实比例,南韩首尔大学(Seoul National University)和美国哈佛大学魏斯仿生工程研究院(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University)研发出一架重量只有 68 毫克,身长仅 2 公分,腿长却足足有 5 公分的小型机器人,它的身体构造受折纸艺术启发,具折叠、弹开的能力,而它的长腿则模仿真正的水黾,腿部末端的「脚趾」处呈弯曲状,并涂上了一层防水的超疏水(superhydrophobic)奈米材质。

虽然目前它无法连续跳跃,落地时也无法保持平衡,但其相对简单的构造,让它有机会以较低廉的价格大量生产。

Micro Tugs 微型机器人

斯坦福大学的工程师发明的这种微型机器人 MicroTugs 非常强壮,其中最强的一款仅 12g ,但却能够拉动和提升超过自身重量 2000 倍的物品,这相当于一个人能够拖动一只蓝色的大鲸鱼。

机器人的脚部安装了小型橡胶钉,当受到拖拽的压力时能够弯曲,增加吸附的表面积,从而增加粘性。当机器人的脚抬起时,这些橡胶钉能够伸直拉顺,从而更容易地与平面分离。

不仅如此,工程师们还发明了可以攀爬墙壁的机器人,但是在墙壁上爬行时能够拖拽起重达一公斤的物品,这相当于一个人在大楼侧壁上能够提起一头大象。即便是重量最小的机器人(仅 20 毫克,工程师需要在显微镜下用镊子将其组装),它都可以拉动比自己重 25 倍的货物。

Tribot 尺蠖机器人

瑞士联邦理工学院的研究者们仿照一种名叫尺蠖的昆虫研发、制作出了 Tribot 机器人。它除了能像尺蠖一样拱起身体行进之外,还具备着跳跃的能力,弹跳高度可达自身的 7 倍,落地之后,它还会立刻继续移动。

Tribot 之所以具备如此强大的弹跳力,主要因为其重量极小(仅为 4g),另外,研究者为其装备了由钛镍合金制作而成的记忆金属弹簧。这种弹簧能够记住自己最初的形状,并会在稍微受热之后恢复到该形状。

Origami bots 折纸机器人

美国麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室,受传统折纸艺术的启发,做出了能从一张小正方形纸片「变形」成一个可移动、载物的微型机器人。这小纸片是由经过激光切割的聚苯乙烯、纸以及 PVC 制成,此外其表面还分布有一些磁铁,在加热的条件下从平面状态到折叠完成只需几秒钟时间,当将其置于丙酮溶液中时,机器人除磁体之外的部分都会发生溶解。

目前,机器人的驱动力来自一个电磁线圈驱动系统,未来这种机器人借助 3D 打印技术,将能做得更加小巧,以便进入很多此前不便到达的狭小区域,甚至是人体中。

SRI Bots 微型机器人

斯坦福国际研究所(SRI International)发明的抗磁性微操作技术(DM3)利用印刷电路板(PCB)就可以驱动和控制数以千计的微型机器人,这取代了传统的机械控制,灵活性更强,也不再受空间与疲劳力学的限制。

实际上,SRI Bots 微型机器人是一个个的小磁体,其主体部分是相同的,只是末端执行器则按需求匹配,以实现精准操控。更厉害的是,这些微型机器人还能够制造工具为己所用。未来,这些微型机器人能在微自动化应用的制造中发挥重要作用,包括快速成型、光电混合电路制造、以及生物组织制造等。

Starfish bots 小海星机器人

Starfish bots 海星机器人是来自美国约翰·霍普金斯大学的 David Gracias 教授开发的,体积只有 1 立方毫米,微小的触手由磁性镍制成,能根据环境中的 ph 值、温度和酵素含量开合小手。Starfish bots 海星机器人可以被用在医学检查上,避免医生通过微创手术的方式来检测各种癌症。

mico-scalops 扇贝机器人

mico-scalops 这个凭肉眼勉强可见的微型机器人,由德国马克斯普朗克研究所的智能系统科学家团队开发,可以在血液,眼球液,以及其他体液中游泳,可用来输送药物,甚至是修复损伤细胞。

体液与水不一样,需要有一定的黏稠度,对于扇贝来说,前后移动才是最好的运动方式,模仿扇贝运动的 mico-scalops 移动起来也不需要太多动力,只需要外部磁场提供能量即可。

micro-motor bots 纳米机器人

由加拿大蒙特利尔理工大学、蒙特利尔大学和麦吉尔大学科学家组成的研究团队,研发出的新型纳米机器人试剂 micro-motor bots 能够在血液中穿梭,将肿瘤活跃的癌细胞作为靶标并进行给药。

纳米机器人试剂实际上是由生有 1 亿多鞭毛的细菌组成,并以一个完全自主的方式推进,而且在承载药物的同时,能够抄捷径到达身体需要治疗的病灶。这种方式确保注射药物能最佳的定位于肿瘤,避免危及器官和周围健康组织的完整性,因此能通过减少药物剂量以削弱剧毒对人体的影响。

庞大的微型机器人家族应用在我们的生活、医疗、建筑等各个领域,带来诸多便利的同时,无孔不入的它们也是把双刃剑,对人的隐私安全性也造成了一定威胁。

Uploads%2fusers%2favatar%2f1073145068%2fthumb image
会飞的猪 2016-10-09 18:05

前几天颁发的诺贝尔化学奖,几位获奖人开发出了比人类头发丝直径还要小1000倍的分子机器,各类分子机器,从微型马达到微型汽车再到微型肌肉等。

Back to top btn