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奔跑吧机器人
  • 2014-5-7 14:53:10
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:邓晓进
  • 作者:
【电脑报在线】行走并不是一件容易的事情。人的行走是“可控的跌倒”——将重心向前倾,在还没有摔倒之前迈出一条腿来保持平衡,然后重复这个过程。几岁的孩子就可以不经思考地走路,但是只有相当复杂的机器人才能够像人一般行走——而且还跌跌撞撞。

可控的跌倒

为什么要开发像人一样行走的机器人呢?要是我们的生活环境都像高速公路那样光滑平整,那么也许轮子更方便一些;但是地球地表环境太过复杂。大多数环境都不适合轮子,这一点凡是骑过自行车或开过车的人都能体会。要是机器人能够自幼在各种环境中行走自如,也许会让许多产业的面貌焕然一新。

当然,从工程角度上看,要驱动轮子容易得多,而且能更有效地利用能量;但是要是考虑适应性的话,腿才是大势所趋。这只要看看地球上的生物就知道了——大自然总是会留下那些适应得最好的物种,它才是我们要学习的对象。

在进入21世纪之后,在美国国防部支持下,有几家公司已经开发出了模拟四足动物的机器人。国防承包商洛克希德•马丁公司和从麻省理工学院分离出来的波士顿动力学公司在这方面可算翘楚,他们已经开发出了能承重能越野的“大狗”、活泼敏捷的“野猫”,甚至每小时能跑一百公里以上的“猎豹”也正在研制当中。

为了对付复杂地形,长出腿来的机器人需要付出额外的努力。用轮子或履带运动的机器人重心平稳,可以将大部分功率都用在驱动上,而长腿的机器人重心在运动过程中会有周期性起伏;而这就意味着这些跑来跑去的铁块们需要在运动中全程控制自身的重量,同时消耗大量功率。因为需要较高的功率密度,所以这种机器人没办法用电池驱动,只能用燃油动力;为了足够的驱动力,也没办法使用电动机而只能用液压装置。这么说吧,现有四足机器人的功率密度甚至远超过主战坦克,但是速度却远远不及。对开发四足机器人这个课题来说,让它们能在不同地貌中都能平稳行走,就已经是巨大的突破了。

和机器人擦身而过时代

那些习惯于奔跑的人们,将迈开双腿和保持平衡的工作都交给了不起眼的基底核和小脑,让长跑过程变成了一种类似于冥想的有趣活动,甚至还能以此为题出一本畅销书;而机器人就没有这么好运。无论是四足还是两足机器人,都需要由中央处理器来迅速分析当前身体状况、计算诸多关节的活动方式,随时保持身体平衡。在他们身上,处理器会一直忙于处理来自传感器的信息和控制电动机的转速,绝对没有空闲时间来琢磨如何写一本畅销书。但纵然如此,两足机器人还是跑不太好。

2010年,东京大学的博士后新山龙马打算改变机器人行走的方式。从仿生学的角度出发,他为机器人添置了几条人造气动肌肉。这些肌肉更像是橡胶管,外面附有一层坚硬的外壳。当充气时,人造肌肉就会拉长,而吸气时就会缩短,就像是真正的肌肉那样。这种技术昙花一现,随后人们又回到了控制关节转动的老路上——这更方便一些。

今年,《麻省理工学院技术评论》评出了年度十大创新技术,能够在多种地形下平稳行走的两足机器人入选其中。波士顿动力学公司、日本的SCHAFT和本田研究所成了这项研究中耀眼的新星,他们都在努力让机器人走得像人一样;而背后的金主也开始浮出水面:搜索巨头Google。

在2013年,Google连续收购了八家制造机器人的公司,波士顿动力学公司和SCHAFT都名列其中。从用于工业的机器人手臂到机器视觉技术,Google似乎正在打造自己的机器人生产线。虽然Google声称这些收购只是为了让机器人能够适应物流配送、工业生产方面的用途,但是潜力远远不止于此;家务机器人、陪护机器人、远程控制的机器人探险者甚至机器人士兵,都可能会在几年后出现,世界也将会变得更像科幻电影。

目前只有个小问题。这些两足仿生机器人用柴油机和液压装置驱动,噪音和气味实在不怎么让人开心。电池技术的不足也许会稍微阻挡它们进入我们生活的步伐,但是可能并不能阻挡太久。按照Google的一贯风格,我们在大街上和机器人擦身而过的时代,可能在十年之后就会来临。

本文出自2014-05-05出版的《电脑报》2014年第17期 A.新闻周刊
(网站编辑:soso)


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