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新一代的機器人

以往，機器人只存在于我們的幻想和科幻作品中，而現(xiàn)如今機器人已經(jīng)開始大批量地被生產(chǎn)，以服務(wù)于千家萬戶。最為人們所熟知的是吸塵機器人，僅在美國已經(jīng)有超過800萬個家庭正在使用這種直徑約0.3m、高約0.1m的小型機器人來進行家居清潔工作，除了吸塵以外，它們還可以擦地板、清潔窗戶玻璃和修剪草坪。

　　不過，這僅僅是一個開始，目前，機器人的開發(fā)和生產(chǎn)成本正極速降低，商品化的機器人以及包含傳感器、支持手勢和面部識別功能的類機器人產(chǎn)品將會越來越多。

　　現(xiàn)如今的機器人已經(jīng)不再都長的像人一樣，大自然提供了更有趣的模型，機器人的設(shè)計變得越來越靈活多變，而且一些機器人甚至可以連接我們現(xiàn)有的設(shè)備。例如，美國Romotive所設(shè)計的機器人Romo，這款車輛型的機器人上可以插入一部iPhone，利用智能手機的處理器充當機器人的大腦，利用iPhone的通訊功能作為遙控的收發(fā)工具，攝像頭、麥克風等零部件充當機器人的傳感器。

事實上，許多領(lǐng)域都期待著機器人的加入，特別是病人護理和防災(zāi)、抗災(zāi)等領(lǐng)域?qū)C器人更是翹首以待。下面，CHIP將為大家介紹機器人可以發(fā)揮所長的領(lǐng)域，介紹那些可能成為未來發(fā)展基石的機器人項目。

美國研制的消防機器人

　　日常的助手和朋友

　　它們可以作為一個專業(yè)的護士或者傭人來到我們家中，這其中包括重大的研究項目和一些簡單的組裝型機器人。

　　能夠想象機器人會微笑著并伸出手來要求和我們握手嗎？日本本田公司的Asimo正是專門為人際交往而設(shè)計的機器人，它能夠識別人的面孔和聲音，可以像一個服務(wù)生一樣在一大群人中穿梭以提供服務(wù)。Asimo還有一個更重要的功能是照顧長者，像日本這種人口平均年齡已經(jīng)超過65歲的國家，類似的機器人有著無限廣闊的應(yīng)用前景。

從安撫情緒的機器人到機器人管家：東芝和松下公司以及日本的一些大學都有類似的機器人項目：RibaII能夠幫助肢體殘疾的患者活動、Myspoon能夠為殘疾人喂食。另外，松下還有一個機器人，在必要時可以變形成輪椅。不過，目前僅有少數(shù)的項目能夠進入市場，成本過高是導致這些產(chǎn)品無法量產(chǎn)的主要原因。

我過研制的老年人服務(wù)機器人

　　與此不同的是，機器人海豹Paro，全球約有超過1700個Paro機器人正在使用之中，丹麥正測試將Paro用于老年癡呆癥護理的臨床應(yīng)用，在德國也有30多個組織使用Paro展開類似的工作。這些研究工作都獲得了巨大的成功，深受廣大患者的關(guān)注和稱贊。Paro在撫摸皮毛和其他各種不同情感的手勢下會做出不同的反應(yīng)，這可以給患者帶來心理上的慰藉。根據(jù)托比亞斯護理人員的介紹，Paro對于70%患有癡呆癥的人有效，部分病人因而大聲地歡呼起來，而有的患者甚至開始用語言來表達自己的情感。

　　不同于情感慰藉型的機器人，服務(wù)型的機器人行動能力更強，德國弗勞恩霍夫制造技術(shù)與自動化研究所的Care-O-Bot，就是為醫(yī)院以及私營養(yǎng)老院病人提供服務(wù)而設(shè)計的機器人。Care-O-Bot使用開源的機器人操作系統(tǒng)ROS（RobotOperatingSystem），它可以照顧病人的日常生活，例如它可以完成從書架上取下一本書或者提供飲料等任務(wù)。不論是在醫(yī)療場所還是在自己的家里，它都能夠完成大量的工作，這樣的機器人實用價值非常高，但是其造價也非常昂貴，當前最新版本的價格約200萬人民幣。因而，目前Care-O-Bot主要還是提供給各種科研院所使用。

　　相比之下，使用通用的編程平臺，利用現(xiàn)成套件的機器人項目比較容易降低成本。例如微軟開發(fā)人員JordanCorrea利用Xbox控制設(shè)備Kinect和微軟的機器人開發(fā)平臺RDS4（MicrosoftRoboticsDeveloperStudio4）開發(fā)設(shè)計出的馴狗師機器人DarwinBot成本就非常低廉，DarwinBot可以拋球和派狗去撿回球，并在狗成功撿回球之后提供一些狗糧作為獎勵，而且DarwinBot還允許設(shè)備的主人使用Skype進行遠程控制。

　　危險環(huán)境下的救援

　　無論是在自然環(huán)境下還是在建筑物中，救援機器人都能夠一展身手。

　　救援機器人可以在倒塌的房屋中或在我們無法進入的瓦礫中爬行搜尋生還者，它們還可以處理運輸危險物品的汽車和地雷等爆炸裝置，救援機器人已經(jīng)在世界各個角落為我們服務(wù)了很多年。僅美國iRobot公司就已經(jīng)售出了超過3000臺的小型機器人，主要的買主是美國軍方，機器人被用于充當戰(zhàn)爭前線的傭工。1995年日本阪神大地震，大量房屋倒塌，人們無法移動瓦礫尋找仍然生存的人，日本東北大學的活動偵測相機臨危受命，進入現(xiàn)場負責搜救生還者。這臺相機能夠像蛇一樣蜿蜒前進，可以通過瓦礫中最狹窄的通道。

核反應(yīng)堆事故的嚴峻考驗：近年來大紅大紫的救援機器人是日本在核反應(yīng)堆事故中使用的機器人Quince，它長約1m多，依靠輪子和橡膠履帶行動，防塵、防水，并可以抵御各種危險的化學品。在2011年的福島核事故中，僅有Quince能夠進入核反應(yīng)堆到達指定的位置測量輻射程度，其他機器人，包括美國軍用機器人PackBot也無法完成這一艱巨的任務(wù)。甚至初次嘗試進入反應(yīng)堆的第一代Quince1號機器人也因為通信光纜被切斷而陷入了進退兩難的境地。因而，新的Quince機器人除了支持有線連接之外，也可以通過無線電信號來進行遙控操作和通訊。但是由于無線電通信無法通過反應(yīng)堆的混凝土墻壁，因此，救援人員使用了兩個Quince機器人串聯(lián)起來協(xié)同工作（具體請參考本文圖表中的介紹）。

Quince機器人

　　Quince機器人的造價約為54萬人民幣。德國蓋爾森基興高等專業(yè)學院的蘇爾曼教授認為，對于救援機器人來說這樣的售價過于昂貴了，并且Quince的工作方式有較高的風險。蘇爾曼教授的想法是應(yīng)該使用一種廉價的偵測機器人探索目標區(qū)域，然后再建立一個網(wǎng)絡(luò)，從現(xiàn)場給救援隊發(fā)送圖像，最后再由具體實施救援行動的機器人進入現(xiàn)場。蓋爾森基興高等專業(yè)學院所使用的偵測機器人是一輛載有小型路由器和電腦或者智能手機的越野模型車。模型車輛底盤上安裝攝像機作為機器人的視覺傳感器，由可接收和傳輸控制信號的可編程單片機來操作車輛，向救援隊的終端發(fā)送實時圖像。據(jù)蘇爾曼教授的計算，包括遙控車輛底盤、攝像機、單片機和路由器等設(shè)備在內(nèi)，機器人的成本只需約4000元人民幣。

　　自然仿生機器人

　　跳蚤、魚、狗、海鷗：仿生學工程師希望能夠讓機器人更加靈活和強大。

它們能夠像蛇一樣地爬行、像跳蚤一樣地跳躍、像魚一樣地游泳，甚至是像海鷗一樣地飛行，未來，將有更多機器動物會出現(xiàn)在我們的面前，它們通常比人形機器人更靈活和自然，并且它們正努力地變得比所模擬的動物更強大。

由美國軍方慷慨解囊給予財政支持的波士頓動力學公司設(shè)計了機器狗AlphaDog，它背負設(shè)備的重量可以高達200kg，它的4條腿安裝有位置傳感器，可以快速前行，在崎嶇不平的地方即使一條腿無法獲得支撐，也仍然能夠保持平衡。2012年夏天，AlphaDog將進行實地測試，測試成功后將正式投入使用。此前，波士頓動力學公司已經(jīng)設(shè)計了一個類似AlphaDog的6條腿機器人Rhex，這是一個水陸兩用機器人，可以適應(yīng)任何地形，主要用于在沼澤等特殊地形實施救援和軍事偵察行動。該公司還設(shè)計了一個能夠利用背負的二氧化碳進行跳躍的機器沙蚤SandFlea和一個奔跑速度高達30km/h的機器獵豹Cheetah，SandFlea的跳躍高度可以超過8m。

大狗機器人

機器蜘蛛和魚：

仿生機器人目前的發(fā)展趨勢是逐漸遠離金屬框架，德國弗勞恩霍夫制造技術(shù)與自動化研究所在制作8條腿的機器人Spider時，使用三維打印機制作機器人的各個組成部分。同樣，弗勞恩霍夫研究所生產(chǎn)的機器魚也使用三維打印機制作，通過電腦控制激光束溶化薄聚酰胺粉末層，從而打印成機器人的部件，加上模擬魚類行為的程序和ATMEGA8A微控制器，機器魚的成本只需180元人民幣左右。

機器魚不僅可以作為觀賞魚的替代品，同時它也是一個開源的學習和研究項目，德國的弗勞恩霍夫費斯托研究所和費斯托仿生學習網(wǎng)絡(luò)（FestoBionicLearningNetwork）已經(jīng)建成了一個研究小組，至力于發(fā)展仿生自動化技術(shù)。他們已經(jīng)建造了像大象鼻子一樣能夠輕輕提取物品的機器、可以像壁虎一樣抓住任何物體表面的機器。更驚人的是，該研究所還建造了能夠完全模仿海鷗飛行動作的智能機器鳥，智能機器鳥看起來完全就是一只海鷗，它可以完成各種軍事偵察任務(wù)。

機器魚—博樂機器人表演

　　作為一種生物模型，近年的發(fā)展趨勢讓類人機器模型顯得有點過時。但實際上不是這樣的，人型機器人的研究從來沒有間斷，美國國防先進研究項目局目前正資助波士頓動力公司開發(fā)一款名為Atlas的人形機器人，這種機器人可以直立行走，并且利用手部來保持平衡以穿過狹窄的通道，可以用于偵察或緊急救援行動，很快，我們就可以看到人型機器人會卷土重來。

　　機器海豹Paro是一名治療師

　　該機器人能夠響應(yīng)撫摸和擁抱的手勢并發(fā)出令人愉悅的叫聲，為癡呆癥患者提供心理上的慰藉。

　　機器人護理員Care-O-Bot

　　弗勞恩霍夫的機器人護理員模型的身體由多部分組成，包括一些普通的電腦零部件，還可以選配微軟Kinect傳感器。

　　狗教練機器人DarwinBot

　　微軟工程師開發(fā)的狗教練，由Parallax公司的新型機器人Edie與Kinect組成，可以訓練狗撿回拋出的球，并獎勵給狗一些狗糧。

　　廢墟中的蛇相機

　　活動偵測相機可以模擬蛇的動作，通過外部的毛發(fā)推動其前進，在廢墟中活動，進行搜尋和救援。

　　機器人Quince在福島反應(yīng)堆

　　兩個機器人負責分析反應(yīng)堆的輻射情況，Quince1負責拍攝和測量輻射量，Quince2負責提供動力和進行數(shù)據(jù)收發(fā)。

　　協(xié)助救援任務(wù)

　　蓋爾森基興高等專業(yè)學院正在使用的3個機器人，左邊的車輛提供初步的調(diào)查結(jié)果，橙色的空中機器人負責提供一個全局的視角，而履帶機器人可以直接進入危險地帶執(zhí)行救援。

　　獵豹機器人

波士頓動力公司受獵豹這種動物的啟發(fā)而制作的獵豹機器人，它采用極其靈活的背部設(shè)計，是目前跑步速度最快的機器人，在跑步機上的速度可達30km/h。

　　智能機器鳥：像鳥兒一樣飛行

　　Festo的空中機器人由幾十個零部件組成，合計重量不超過500g，機器人翅膀的關(guān)節(jié)能夠模擬鳥類的翅膀活動，可以在天空中像鳥一樣飛行。

　　電子魚群

　　德國弗勞恩霍夫制造技術(shù)和自動化研究所在機器魚上安裝紅外傳感器并通過微控制器模擬魚群的行為。機器魚使用鋰離子電池供電，可持續(xù)工作4個小時，電池耗盡后，必須充電45min。