導讀

近年來(lái)機器人技術(shù)發(fā)展迅猛，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了落地應用，并且出現了很多具有前瞻性的設計。本文通過(guò)Science雜志評選的10項激動(dòng)人心的機器人開(kāi)發(fā)和技術(shù)，為讀者梳理出目前機器人領(lǐng)域的發(fā)展情況。

近日，Science雜志評選了10項激動(dòng)人心的機器人開(kāi)發(fā)和技術(shù)，覆蓋從可能改變機器人技術(shù)未來(lái)的原創(chuàng )研究，到支持基礎科學(xué)和推動(dòng)工業(yè)和醫療創(chuàng )新的商業(yè)產(chǎn)品。

Top 1  波士頓動(dòng)力的跑酷機器人Atlas

1.5米，75公斤Atlas的表現讓我們感到驚訝，只用一條腿跳過(guò)木踏板，同時(shí)慢跑和跳過(guò)木箱而沒(méi)有中斷。

這些特性被用于在具有挑戰性的地形上行走，在受到干擾，站立，抬起和操縱物體時(shí)保持平衡，以及像體操運動(dòng)員一樣執行后翻。

Marc Raibert的波士頓動(dòng)力團隊仍然是機器人平衡和推進(jìn)的領(lǐng)頭人。

Raibert觀(guān)察到“機械系統具有自己的思想，受物理結構和物理定律支配?！盇tlas使用其視覺(jué)系統來(lái)調整自身并測量到跑酷障礙的距離。

盡管Raibert承認并非所有的試驗都能成功掌握，但他希望這些demo能夠在“將來(lái)機器人能做些什么”的問(wèn)題上，給到一些啟發(fā)。

Top 2  Intuitive Surgical的達芬奇SP平臺

機器人手術(shù)是近年來(lái)最重要的手術(shù)創(chuàng )新之一。

通過(guò)使用機器人方法執行諸如根治性前列腺切除術(shù)的程序，這意味著(zhù)許多益處。

越來(lái)越多的機器人平臺正在興起，臨床吸收的增加取決于是否會(huì )進(jìn)一步解決，諸如成本效益和更廣泛的臨床可及性障礙等問(wèn)題。

達芬奇是早期的先鋒和全球市場(chǎng)領(lǐng)導者，Intuitive Surgical繼續推動(dòng)手術(shù)機器人的界限。

通過(guò)一個(gè)2.5厘米的插管和小切口，新推出的達芬奇單端口系統，允許外科醫生控制三個(gè)完全萎縮的肘關(guān)節器械，并結合用于深部病變的關(guān)節內窺鏡。

Top 3：通過(guò)增長(cháng)導航的軟機器人

通過(guò)尖端增長(cháng)進(jìn)行導航，為機器人開(kāi)辟了新的方向。

想象一下，如果葡萄藤、神經(jīng)元或真菌菌絲的生長(cháng)方式，可以被我們利用，將其擴大、加速，并且獲得極高的可操縱性。

研究人員采取了一管柔軟的材料，這種材料在自身內部折疊，但是當加壓時(shí)，隨著(zhù)管前部的材料被向外推動(dòng)而向外生長(cháng)。

這個(gè)出色的設計理念解決了機器人技術(shù)中的幾個(gè)重大挑戰，并通過(guò)提取一般生物學(xué)原理，來(lái)舉例說(shuō)明生物啟發(fā)設計的使用。

軟機器人設計允許在復雜的非結構化環(huán)境中避開(kāi)障礙，這有望在管道和導管，醫療設備以及探索和搜救機器人中進(jìn)行導航。

Top 4  用于軟機器人的3D打印液晶彈性體

機器人技術(shù)的一大挑戰，是探索新材料和制造方案，用以開(kāi)發(fā)節能、多功能和兼容的執行器。 2018年，在不同學(xué)科看到了這個(gè)新興研究領(lǐng)域的急速發(fā)展。

之前已經(jīng)使用過(guò)多種形狀變形的液晶彈性體致動(dòng)器，但該項目展示了如何使用具有空間編程向列順序的高操作溫度，直接墨水書(shū)寫(xiě)3D打印來(lái)制造彈性體。

與迄今為止報道的其他液晶彈性體相比，這些執行器顯示出提升重量的能力。

該技術(shù)承諾為軟機器人提供大面積設計和動(dòng)態(tài)功能架構。

Top 5：肌肉模擬 自我修復和液壓放大致動(dòng)器

Peano-HASEL提供透明且自感應的柔性執行器，可控線(xiàn)性收縮率高達10％，應變率為每秒900％，以50 Hz驅動(dòng)。

致動(dòng)器使用靜電和液壓原理，在施加電壓時(shí)提供線(xiàn)性收縮，而無(wú)需預拉伸材料或任何剛性框架。

HASEL（液壓放大自愈式靜電）執行器功能強大，用途廣泛，但生產(chǎn)成本低廉。

據作者稱(chēng)，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，該執行器能夠提升其重量的200倍以上。

Top 6 來(lái)自DNA的自組裝納米級機器人

DNA折疊可以在納米尺度上形成不同的形狀。

通過(guò)控制自組裝DNA折疊結構，與由單鏈DNA形成的閂鎖系統相結合，現在可以在外部施加的可調電場(chǎng)下進(jìn)行精確的納米級運動(dòng)。

這些納米級機器人系統可以并行使用，用于分子或納米顆粒的電驅動(dòng)傳輸，數十納米或更多。

機器人可以自下而上地進(jìn)行可編程合成和材料組裝。 其定位狀態(tài)也可用作分子機械記憶。

Top 7：DelFly靈活的bioinspired機器人擋板

許多生物啟發(fā)機器人具有雙重目的，即開(kāi)發(fā)具有實(shí)際應用的先進(jìn)技術(shù)，又可以揭示自然界用于建立和編程生物的原則。

DelFly讓我看到了一款卓越、無(wú)尾、無(wú)繩、自動(dòng)、可編程、小型（28 g）撲翼飛行器的設計。

該飛行器具有出色的靈活性，能夠進(jìn)行360°側傾和俯仰翻轉，角加速度高達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翼形態(tài)或運動(dòng)學(xué)。

但機器人可以作為一種新的物理模型，來(lái)測試飛行生物如何進(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軸，DelFly Nimble也可以精確地再現果蠅的快速逃逸動(dòng)作。

我們認為它是“科學(xué)機器人和科學(xué)機器人科學(xué)”的范例，并期望它將推動(dòng)飛行機器人的發(fā)展。

Top 8：柔軟的可穿戴式機器人

在日常生活中佩戴外骨骼時(shí)，大多數人都不想像鋼鐵俠那樣。

一種輕盈，有彈性的外套，提供了整合面料設計、感應、機器人控制和驅動(dòng)的新方法，以增加穿著(zhù)者的力量，平衡和耐力。

潛在的應用包括幫助老年人增強肌肉力量，支持他們的活動(dòng)性和獨立性，以及恢復因中風(fēng)，多發(fā)性硬化癥或帕金森病引起的運動(dòng)障礙的兒童和成人。

Human-in-the-loop優(yōu)化進(jìn)一步允許機器人與人的無(wú)縫集成，提供個(gè)性化控制策略和適應。

Top 9：Universal Robots（UR） e系列Cobots

從研究實(shí)驗室到裝配線(xiàn)和物流到外科手術(shù)指導，UR機器人手臂盡管外表不起眼，但它們正變得無(wú)處不在。

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。他們在2018年推出的新型e系列協(xié)作機器人，呼應了協(xié)同自動(dòng)化的大趨勢。

憑借增強的安全功能和力/扭矩感應，我們期望在機器人可以在與人類(lèi)操作員無(wú)縫學(xué)習和協(xié)作，在各種環(huán)境中看到更智能的人機交互。

Top 10：索尼的Aibo

近20年前首次推出的索尼玩具犬a(chǎn)ibo的回歸，受到了許多人的歡迎。

這不僅僅是因為它的新外觀(guān)，增強的語(yǔ)音理解以及從其所有者那里學(xué)習的能力提高。

更重要的是，索尼越來(lái)越多地意識到機器人在兒童學(xué)習、作為老年人的伴侶、輔助患有神經(jīng)退行性疾病的人方面的潛力。

了解機器人周?chē)说母兄?、交互和期望，并開(kāi)發(fā)具有情境感知的機器人，從而產(chǎn)生獨特的行為和個(gè)性（不依賴(lài)于預先編寫(xiě)的程序以及個(gè)性化和適應性），是社交機器人最受關(guān)注的話(huà)題。( 文/ 新智元 )

來(lái)源：中國科協(xié)智能制造學(xué)會(huì )聯(lián)合體