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美媒:为什么软体机器人令科学家着迷?

2021-01-10 22:18:20 浏览:477次 来源:互联网 编辑:leo 推荐:人工智能

美媒:为什么软体机器人令科学家着迷?

美国《财富》杂志网站1月1日刊发一篇报道,题为《为什么“软体机器人”让NASA、医生和技术专家如此兴奋?》。全文摘编如下:

“软体机器人”的吸引力在于其灵活性和通用性。

在美国国家航空航天局(NASA)科学家的设想中,有朝一日它们将在火星表面快速移动。还有科学家设想,它们将在人体内最隐秘的部位穿行。

美国佐治亚理工学院的工程学助理教授埃伦·马宗达说,另一种可能性是,它们可被用于清理遭遇地震或火灾的建筑物残骸。

它们能被用于修复手术吗?当然可以。充当帮助患者从伤病或中风中恢复的外骨骼?为什么不呢?

将它们弯曲、塑形,制成你想要的任何形状。软体机器人由包括纳米材料在内的伸缩性最强的材料制成,能够模拟人体肌肉功能等生物功能。可以说,这些机器人几乎被纳米材料赋予了生命。

问题在于,目前研究人员仅仅触及了软体机器人研究的皮毛。到2024年,其市场规模预计将达到21.6亿美元。

相比之下,金属机器人的局限性要大得多。虽然人们在建造它们时考虑到了速度和精确性,使它们成为从事装配线作业的理想设备,但它们并不那么多才多艺。

软体机器人也可用于工业环境——特别是作为协作机器人(也被称为“cobot”)与人类一起工作时——但它们并不局限于工业环境。

贴合自然

正如美国杜克大学已故生物力学家史蒂文·沃格尔所写的那样,软体机器人更符合自然界规律。在人类经常使用坚硬材料(例如金属或木头)的地方,自然界更倾向于使用柔软却有韧性的材料(例如肌肉和软骨)。他以门上的合页与另一种类型的合页——家养宠物的耳朵——为例做了比较。

不过,人类已开始了解这一点。举例来说,我们越来越多地将液态金属用于3D打印。这种听上去像是来自科幻电影的材料可用于制造贴合不规则几何形状(包括人体)的可拉伸电子器件和可穿戴设备。

液态硅橡胶是另一个最佳的例子,长期以来,这种材料令软体机器人研究界兴奋不已。2016年,哈佛大学的科学家们利用这种材料研发出史上首款软体自主机器人“Octobot”。在章鱼的启发下,科学家研制出这种可伸缩的机器人,它们能扭曲着绕过障碍物,而《终结者》或《星球大战》电影中那些僵硬的金属机器人是无法这样做的。

该项目的研究者、哈佛大学科学家迈克尔·韦纳对美国趣味科学网站记者说:“这类机器人的一个非常有趣的潜在用途是执行搜救等高危任务。”

令人惊讶的是,“Octobot”机器人的制作成本比一杯拿铁咖啡的成本还低。而且,只需要花5美分就能为其装满燃料。可以想象,未来将有成百上千个廉价的软体机器人被派往现场调查,它们将越过障碍物,在狭小的空间里穿行以协助救援。

前景广阔

生物医学工程师吉娅达·杰尔博尼在2018年技术、娱乐与设计大会上发表演讲称:“研发软体机器人的主要目标不是制造超精密机器,因为我们已经拥有它们了,而是让机器人能够面对现实世界中意想不到的情况。”

举例来说,NASA的科学家正在研发机器人,他们希望这些机器人不仅能在火星等一些遥远的天体上移动,还能形成临时掩体并执行各种任务。

杰尔博尼还谈到利用软体机器人技术来研发手术器械(尤其是内窥镜),这样它们就能比传统器械更轻松地在人体结构周围穿行。

同样,碳基钛聚合物可与合成聚合物结合,用于制造超薄人造肌肉。这项技术在韩国科学技术院制作的飞舞的蝴蝶、飘动的叶子、绽放的花朵等艺术复制品中得到了展示。

不过,软体机器人并非没有缺陷。具体而言,科学家们发现,液体致动器——即赋予机器人“生命”的设备——启动缓慢的原因是,它需要大量的液体来驱动,抑或其内部的各种结构(例如管道和阀门)致使液体流动速度放慢。

哈佛大学的研究人员正在根据弹出式儿童玩具的物理原理开发一种解决方法。他们注意到,按压这种玩具能够释放大量能量,因而开始设计一种带有两个弹出盖(一个嵌在另一个里面)的致动器。当外层盖膨胀时,内层盖的压力就会增大。当按压致动器时,释放的能量就可以推动装置前进。

软体机器人未来无疑将在社会中发挥更大的作用。人类的想象力有多广,它们的可能性就有多大。

标签:机器人工程师医学

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