頂尖學(xué)術(shù)期刊評(píng)選年度十大機(jī)器人技術(shù)：柔性生長(zhǎng)機(jī)器人,、3D打印液晶彈性體

近日,，《Science Robotics》確定了10大振奮人心的機(jī)器人發(fā)展和技術(shù),，涵蓋從可能改變機(jī)器人未來(lái)的原始研究到使基礎(chǔ)科學(xué)成為可能并推動(dòng)工業(yè)和醫(yī)療創(chuàng)新的商業(yè)產(chǎn)品,。

1. 波士頓動(dòng)力公司的Atlas
Atlas身高1.5米,，體重75公斤，他的表現(xiàn)一直讓外界感到驚訝,，他一邊慢跑一邊用一條腿邁著大步跳過(guò)一根原木,，還可以一步一跳爬臺(tái)階。此外還訓(xùn)練了在具挑戰(zhàn)性地形上行走,、在受到干擾時(shí)保持平衡,、站立、舉起和操縱物體以及像體操運(yùn)動(dòng)員一樣做后空翻的能力。Marc Raibert的波士頓動(dòng)力團(tuán)隊(duì)仍然是機(jī)器人平衡和推進(jìn)的領(lǐng)軍者,。Raibert觀察到“該機(jī)械系統(tǒng)有自己的思想,，受物理結(jié)構(gòu)和物理定律的支配�,！盇tlas使用它的視覺(jué)系統(tǒng)調(diào)整自己,，并測(cè)量跑酷障礙的距離。盡管Raibert承認(rèn)并非所有的實(shí)驗(yàn)都能成功掌握,，但他希望這些演示能啟發(fā)人們?cè)诓痪玫膶?lái)機(jī)器人的功能,。

2. 直覺(jué)外科的達(dá)芬奇SP平臺(tái)
機(jī)器人手術(shù)是近年來(lái)最重要的外科創(chuàng)新之一，像根治性前列腺切除術(shù)這樣的手術(shù)越來(lái)越多地使用機(jī)器人進(jìn)行,，這意味著將帶來(lái)很多好處,。越來(lái)越多的機(jī)器人平臺(tái)正在出現(xiàn)，臨床應(yīng)用的增加取決于成本效益和臨床可獲得性障礙等問(wèn)題是否會(huì)得到進(jìn)一步解決,。達(dá)芬奇(da Vinci)是一個(gè)早期的先驅(qū)者和全球市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者,，直覺(jué)外科(Intuitive Surgical)繼續(xù)推動(dòng)著外科機(jī)器人的發(fā)展。通過(guò)一個(gè)2.5厘米的套管和小切口,，新推出的達(dá)芬奇單端口系統(tǒng)允許外科醫(yī)生控制三個(gè)全腕,、肘形器械，并結(jié)合一個(gè)關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡來(lái)治療深層病變,。

3. 會(huì)生長(zhǎng)的導(dǎo)航柔性機(jī)器人
研究人員開(kāi)發(fā)出一種全新的仿藤機(jī)器人，能夠在不移動(dòng)整個(gè)身體的情況下,，長(zhǎng)距離生長(zhǎng),，并能蛇形蜿蜒。研究人員表示之所以研發(fā)出柔性機(jī)器人是受到自然的啟示,。生物具有生長(zhǎng)的特性,，無(wú)論是藤蔓、真菌還是人腦內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞,，都能通過(guò)軟性延展來(lái)覆蓋距離,，那么仿生裝置應(yīng)該也可以。這種柔性機(jī)器人設(shè)計(jì)允許在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中避開(kāi)障礙,，這有望在管道和導(dǎo)管,、醫(yī)療設(shè)備以及探索和搜救機(jī)器人中進(jìn)行導(dǎo)航。

4. 開(kāi)發(fā)出制作柔性機(jī)器人的3D打印液晶彈性體
機(jī)器人技術(shù)面臨的重大挑戰(zhàn)之一是探索新的材料和制造方案,，從而開(kāi)發(fā)高效,、多功能和兼容的驅(qū)動(dòng)器。2018年,，在這個(gè)新興的研究領(lǐng)域,，不同學(xué)科有了許多新的發(fā)展。此前已有使用過(guò)多種形狀變形的液晶彈性體執(zhí)行器的例子，但該發(fā)表的論文展示了如何用3D打印的方法來(lái)制作彈性體,，這種方法是使用具有空間編程向列順序的高溫直接書(shū)寫墨水,。該技術(shù)為開(kāi)發(fā)軟機(jī)器人提供了最具前景的材料。

5. 仿肌肉,、自愈,、液壓放大致動(dòng)器
Peano-HASEL提供透明且自我感知的柔性致動(dòng)器，可控線性收縮率高達(dá)10%,，應(yīng)變率為每秒900%,，以50 Hz驅(qū)動(dòng)。致動(dòng)器使用靜電和液壓原理,，在施加電壓時(shí)提供線性收縮,，而無(wú)需預(yù)拉伸材料或任何剛性框架。HASEL(液壓放大自愈式靜電)執(zhí)行器功能強(qiáng)大,，用途廣泛,，但生產(chǎn)成本低廉，據(jù)作者稱,，他們只使用便宜的熱封方法和廉價(jià)的商用材料來(lái)生產(chǎn)這種有前途的技術(shù),。值得注意的是，該致動(dòng)器能夠提升起其重量200倍以上的物體,。

6. 讓DNA自組裝成納米機(jī)器人
在英國(guó)《自然》雜志上其封面刊登了一張?zhí)貏e的美洲地圖的放大版,。這張地圖的比例是1比200萬(wàn)億，從美國(guó)洛杉磯到紐約只有幾十分之一納米,，500億份該地圖才相當(dāng)于一滴水的大小,。這種技術(shù)被稱為DNA折紙術(shù)。重組和模塊化的三維DNA組件有著互補(bǔ)的形狀,，能很容易扣在一起,，而不是像拉鏈似的拉在一起的堿基對(duì)。這不但能造出會(huì)動(dòng)的納米機(jī)器,，而且提供了一種工具包,，使研究人員對(duì)模塊自行組裝編程更加容易。這些納米級(jí)機(jī)器人系統(tǒng)可以并行使用,，用于分子或納米顆粒的電驅(qū)動(dòng)傳輸,。這些納米機(jī)器人還能夠自下而上地進(jìn)行可編程的材料合成和裝配。其靜止?fàn)顟B(tài)也可用作分子機(jī)械記憶,。

7. DelFly靈活的仿生機(jī)器人撲翼器
許多受生物啟發(fā)的機(jī)器人具有雙重用途,，即開(kāi)發(fā)具有實(shí)際應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)并揭示自然界用來(lái)構(gòu)建和編程生物的原理。在這里,，我們看到了一款卓越,、無(wú)尾,、無(wú)繩、自動(dòng),、可編程,、小型(28 g)撲翼飛行器的設(shè)計(jì)，具有出色的靈活性,，能夠進(jìn)行360°側(cè)傾和俯仰翻轉(zhuǎn),，角加速度高達(dá)5000°s-2。雖然它是果蠅大小的50倍以上并且不模仿任何特定天然飛行物的機(jī)翼形態(tài)或運(yùn)動(dòng)學(xué),，但機(jī)器人可以作為一種新的物理模型來(lái)測(cè)試飛行生物如何進(jìn)行飛行控制,。令人驚訝的是，即使沒(méi)有明確控制所有旋轉(zhuǎn)軸,，DelFly Nimble也可以精確地再現(xiàn)果蠅的快速逃脫動(dòng)作,。這一研究進(jìn)展，有望讓 DelFly 這樣的撲翼式 MAV 取代傳統(tǒng)的多旋翼飛行器,。因?yàn)樗闹亓扛p,、能量使用效率更高，且撲翼的機(jī)械結(jié)構(gòu),、比旋翼機(jī)的槳葉更加安全,。

8. 柔性可穿戴機(jī)器人
當(dāng)談到日常穿著外骨骼時(shí)，大多數(shù)人不想像鋼鐵俠,。一款輕便,、有彈性的外套提供了整合面料設(shè)計(jì)、傳感,、機(jī)器人控制和驅(qū)動(dòng)的新方法,，可以增加穿戴者的力量、平衡和耐力,。潛在的應(yīng)用包括幫助老年人增強(qiáng)肌肉力量，支持他們的靈活性和獨(dú)立性,，以及幫助因中風(fēng),、多發(fā)性硬化癥或帕金森氏癥而有運(yùn)動(dòng)障礙的兒童和成人康復(fù)。

9. Universal Robots e系列協(xié)同機(jī)器人
從研究實(shí)驗(yàn)室到組裝線,，從物流到外科手術(shù)指導(dǎo),，UR機(jī)器人手臂正變得無(wú)處不在，盡管它們外表不起眼,。該公司正在圍繞其核心產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一個(gè)生態(tài)系統(tǒng),，其2018年推出的e系列協(xié)同機(jī)器人順應(yīng)了協(xié)同自動(dòng)化的總體趨勢(shì)，并從實(shí)踐演示而非專業(yè)編程中學(xué)習(xí),。通過(guò)增強(qiáng)的安全特性和力/扭矩感知,，我們期望在各種環(huán)境中看到更多的智能人機(jī)交互,，在這些環(huán)境中，機(jī)器人可以無(wú)縫地學(xué)習(xí)并與人類操作員協(xié)作,。

10. 索尼的aibo玩具狗
aibo是索尼公司在近20年前首次推出的玩具狗,，它的回歸受到了很多人的歡迎，這不僅僅是因?yàn)樗男峦庥^,、語(yǔ)音理解能力的增強(qiáng)以及向主人學(xué)習(xí)的能力的提高,。此外，隨著索尼公司對(duì)機(jī)器人在兒童學(xué)習(xí)過(guò)程中或作為老年人(尤其是患有神經(jīng)衰退性疾病的老年人)的伴侶所能發(fā)揮的作用認(rèn)識(shí)的加深,，該機(jī)器人也得到了開(kāi)發(fā),。理解機(jī)器人周圍人的感知、交互和期望,，開(kāi)發(fā)具有上下文感知(不依賴于預(yù)先編寫好的程序,，具有個(gè)性化和適應(yīng)性)的機(jī)器人行為和個(gè)性，是社會(huì)機(jī)器人領(lǐng)域的有趣話題,。

來(lái)源：前瞻網(wǎng)