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      软体机(jī)器人的(de)多才多艺、贴合自然、前景广阔令(lìng)科学(xué)家着迷

      2021/01/11新华社2716


      美国《财富》杂志网站1月1日刊发一(yī)篇(piān)报道,题为《为什么“软体机器人(rén)”让NASA、医生和(hé)技术(shù)专(zhuān)家(jiā)如此兴奋?》。全文摘编如下(xià):


      多才多艺


      “软体机器人”的吸引力在于其灵活性和(hé)通用性(xìng)。


      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(yí)动。还有科学(xué)家设想,它们(men)将在(zài)人(rén)体内(nèi)最隐(yǐn)秘的(de)部位穿行。


      美(měi)国佐治亚理工学院的工程(chéng)学助理(lǐ)教授埃伦·马宗达说,另一种可能性是,它们(men)可被用(yòng)于清理遭遇地(dì)震或火灾的建筑物残骸。


      它们(men)能被(bèi)用于修复手(shǒu)术吗?当然可以。充当(dāng)帮助患(huàn)者从(cóng)伤病或(huò)中风中(zhōng)恢复的外骨骼?为什么不呢(ne)?


      将它们弯(wān)曲、塑(sù)形,制成(chéng)你想(xiǎng)要的任何形状。软体机器(qì)人由包括纳米材料在内的伸缩性最强的材料制(zhì)成,能够(gòu)模(mó)拟(nǐ)人体肌肉功能等生物功(gōng)能。可以说,这些机器(qì)人几乎被纳米材料赋予了生命。


      智能机器人


      问题在于,目前研究(jiū)人员仅仅触及了软(ruǎn)体(tǐ)机器人研究的皮毛(máo)。到2024年(nián),其市场规模预(yù)计将达到21.6亿美元。


      相比之(zhī)下,金(jīn)属机器(qì)人的局(jú)限性要(yào)大得多。虽(suī)然人们在建造它(tā)们(men)时(shí)考虑到了速度和精确性,使它们成为(wéi)从事装(zhuāng)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(rén)也(yě)可(kě)用于工业环境——特别是(shì)作为协作机器人(也被称为“cobot”)与人类一起工作时——但(dàn)它们并不局限(xiàn)于工业环境。


      贴合自然


      正如美国杜克大学已故(gù)生物(wù)力(lì)学家史蒂文·沃格尔所(suǒ)写的那样(yàng),软体机(jī)器(qì)人更符合自然界规律。在人类经常(cháng)使用坚硬材料(liào)(例如(rú)金属(shǔ)或(huò)木头(tóu))的地方,自然(rán)界更倾向于(yú)使用柔软却有韧性(xìng)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(wù)的耳朵——为(wéi)例做了比较。


      不(bú)过,人(rén)类已开始(shǐ)了解这一(yī)点。举(jǔ)例来说(shuō),我们越来(lái)越多(duō)地将液态金属用(yòng)于3D打(dǎ)印。这(zhè)种听上去像是来(lái)自科幻(huàn)电影的材料可用于制造(zào)贴合不规则(zé)几(jǐ)何(hé)形状(包括人体)的可(kě)拉伸电子器件和(hé)可穿戴设(shè)备。


      液态(tài)硅橡胶是另一(yī)个最佳的例子,长(zhǎng)期以来,这种材料令软体机器人研(yán)究界兴奋不(bú)已。2016年,哈佛大学的科学家们利用这种材料(liào)研发出史上首款软体自主机器人“Octobot”。在章鱼的启发下,科(kē)学家(jiā)研制(zhì)出这(zhè)种(zhǒng)可伸缩的机(jī)器人,它们能扭曲(qǔ)着(zhe)绕过障碍物,而《终结者》或《星球大战》电影中那(nà)些僵硬的金属机器人是无(wú)法(fǎ)这样(yàng)做的。


      该项目(mù)的(de)研究者、哈佛大学科(kē)学家迈克尔·韦(wéi)纳对美国(guó)趣味科学网站记者说:“这类机器(qì)人(rén)的一个非(fēi)常有趣的潜在用途是(shì)执行搜(sōu)救等高(gāo)危(wēi)任务。”


      令(lìng)人(rén)惊讶的是,“Octobot”机器人的制作成(chéng)本比(bǐ)一杯拿铁(tiě)咖啡(fēi)的成本还(hái)低(dī)。而且,只需要花5美分就能为其装(zhuāng)满燃料。可以(yǐ)想(xiǎng)象,未来将(jiāng)有成(chéng)百(bǎi)上千个廉价的(de)软体机器人被派(pài)往(wǎng)现场调查,它们(men)将越过障(zhàng)碍物,在狭小的空间(jiān)里穿行以协助救援。


      前(qián)景(jǐng)广阔


      生物医学工(gōng)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(rén)的(de)主要目标不是制造超精密机器(qì),因为我们已经拥有它们了,而是让(ràng)机(jī)器人能够(gòu)面对现实(shí)世界中意想不到的情况。”


      举(jǔ)例(lì)来说,NASA的科学(xué)家正在研发机(jī)器人(rén),他们希望这些机(jī)器人不仅能在火(huǒ)星等一些遥(yáo)远的天体上移动,还能(néng)形成临时(shí)掩体并执行各种任(rèn)务。


      杰(jié)尔(ěr)博尼还谈(tán)到利用软(ruǎn)体机器人技术来研发手(shǒu)术器械(尤其是内窥镜),这样(yàng)它们就能(néng)比传统器械更轻(qīng)松地在人体结构周(zhōu)围穿行(háng)。


      同样,碳基钛聚合物可与合成聚合物(wù)结合,用于制造超薄(báo)人造肌肉。这项技(jì)术(shù)在韩(hán)国科学(xué)技术院制作(zuò)的飞舞的蝴蝶(dié)、飘动的叶子、绽放的花(huā)朵等艺术复制品中得到了(le)展示。


      不过,软(ruǎn)体机器人并非没有缺陷。具体而言,科(kē)学家们发(fā)现,液体致(zhì)动器——即赋予机器人“生命”的设备——启(qǐ)动缓慢的(de)原因是,它需要大量(liàng)的液体来(lái)驱动,抑或其内部的各种结构(gòu)(例如(rú)管道和阀门)致(zhì)使液体流动(dòng)速度(dù)放慢。


      哈佛大学的研究人员正(zhèng)在根(gēn)据(jù)弹出式儿童(tóng)玩具的物理(lǐ)原理开(kāi)发一种解(jiě)决方法(fǎ)。他们注意(yì)到,按压这(zhè)种(zhǒng)玩具能够释放大量能量,因而开(kāi)始设计一种带有两个弹出盖(一个嵌在另一(yī)个(gè)里(lǐ)面)的致动器。当外层盖膨胀时,内层盖的压力就会增大。当(dāng)按压(yā)致(zhì)动器时,释放的能量(liàng)就可以(yǐ)推动装置前进。


      软体机器人未来无疑将在社会中发挥(huī)更大(dà)的作用(yòng)。人类的想(xiǎng)象力有多广,它们的可能性就有多(duō)大(dà)。




      关键词(cí): 智(zhì)能机器人




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