机器人行业九大颠覆技术解析

　　当前各个国家对机器人技术都是非常的重视，人们生活对智能化要求的提高也促进了机器人的发展，在这样的背景下，机器人技术的发展可以说是一日千里，取得了很多重大的成就，下面笔者就列举一些，让大家感受下当前机器人的神奇魅力。

　　肌肉动力行走生物机器人 未来机器人和人一样

　　新一代微型生物机器人能收缩肌肉。美国伊利诺斯大学厄本那香槟分校工程师展示了一类行走“生物机器人”（bio-bots），由肌肉细胞推动、电脉冲控制，研究人员能对其发号施令。相关论文在线发表于最近的美国《国家科学院学报》上。

　　“不管你想制造任何种类的生物机器人，由细胞驱动的生物刺激都是一项基本要求。”负责这项研究的伊利诺斯大学厄本那香槟分校生物工程主管拉什德·巴什尔说，“我们正在把工程原理与生物学整合在一起，设计开发生物机器人和用于环境、医疗方面的系统。生物学非常强大，如果我们能学习利用其优势，将带来许多好东西。”

　　巴什尔小组用3D打印技术造出一种柔韧的水凝胶和活细胞组成的生物机器人。以前，他们也曾用跳动的小鼠心脏细胞造出一种能自己“行走”的生物机器人，但心脏细胞不停地收缩，让他们无法控制机器人的运动。因此要用心脏细胞来设计生物机器人是很困难的，它不能随意开关、加快或减慢速度。

　　新设计的生物机器人受自然的肌腱骨骼启发。据物理学家组织网近日报道，他们用3D打印水凝胶制成主骨，既能支持生物结构，又能像关节一样弯曲。再把一条肌肉锚在主骨上，就像肌腱把肌肉附着在骨骼上。生物机器人的速度由电脉冲频率来控制，频率越高，肌肉收缩越快，生物机器人也就走得越快。

　　“骨骼肌细胞很有吸引力，你可以用外部信号来调整它的步调。”巴什尔说，“比如设计一种设备，让它能在感觉到某种化学物质或接到某个信号时开始工作，可以使用骨骼肌。我们把它作为设计工具之一，工程师在设计时，还有不同的方案。”

　　“这完全是自然的，我们的研究基于仿生设计原则，如肌肉骨骼系统的自组织。”论文第一作者、研究生卡洛琳·茨威特科维奇说，“本成果代表了生物机器开发与控制方面的重要一步，能够刺激、训练或培养它们来工作。这种系统最终可能发展成一代生物器，用于药物递送、手术机器人、‘智能’移植、移动环境分析器等。”

　　下一步，研究人员将加强对生物器运动的控制，像集成神经元那样，用光或化学物质控制生物器向不同方向运动。“我们的目标是把这些设备用作‘自主传感器’。”巴什尔说，“比如，让它能感觉到某种化学物质，朝它运动并释放中和剂。刺激控制生物器是向此目标迈进的一大步。

　　日本开发出可伸缩电线 有望用于机器人

　　日本综合型化学企业旭化成将于9月1日发售可以像橡皮筋那样伸缩的电线。《日本经济新闻》8月26日报道说，通过在具有弹性的聚氨酯纤维(中国称：氨纶)中以螺旋状嵌入可通电的导线，使得电线可以伸缩，且不易出现松弛。与容易松弛的以往电线相比，自由自在的变形将成为可能。旭化成力争将这种电线应用于实现复杂动作的拟人机器人和穿戴型辅助机器人。

　　该电线由旭化成其旗下子公司、从事纺织业务的旭化成纺织公司开发。在拉伸时可以伸长至1.4倍，同时在反复弯曲直至断线的耐久性方面也是以往产品的10-100倍。

　　以树脂材料作为保护的一般电线在用于机器人时，在手腕做弯曲动作等的情形下，容易形成松弛或缠绕。而旭化成开发的这种伸缩性电线将可以依照其实施的拟人动作合理布线。

　　首先，面向弯曲部分使用电线的工业机器人，旭化成将开拓以往产品的替代性需求。该公司将以“ROBODEN”(意为机器人电线)的产品名，通过米思米集团总部的电子商务网站销售。在价格方面，1米以内长度为3万日元(约合人民币1772元)左右。旭化成计划向电子企业和精密机械企业等销售，力争3年内实现3亿日元左右的销售额。

　　机器人可自行组队 未来发展不可限量

　　相信对于有密集恐惧症的人来说，看到1000只排得密密麻麻的小机器人在桌面上一起移动绝对不会感到好受。不过这仍无法阻碍哈佛大学的工程师们打造这样的系统。据悉，研究团队使用了1000只组装简易的小型机器人，每个造价20美元。 据介绍，每组装一个这样的机器人需要5分钟的时间，也就是，他们花费了83多个小时完成了这项艰巨的任务。

　　之后，他们为这些小小的机器人提供了多套算法，这样它们就能移动形成多种形状。

　　团队负责人、哈佛大学电子工程师Michael Rubestein介绍道：“我们打造了一群机器人版的 蜂群 ，它专门以大部队的形式工作。不过（这套系统）也存有一个缺陷，那就是机器人的功能性并不强大，并且还有诸如噪音距离传感及移动困难等多个可变因素。”Rubenstein表示，他们希望打造一套可以完成复杂全局任务的机器人“蜂群”。

　　目前，这套系统面临的最大问题并不是组装所需花费的时间，而是如何开发出一套可以精准控制这群小机器人的算法。

　　就目前来看，现在这套系统更多的像是机器人对自己的编程控制，而不是执行一个可让人类受益的任务。另外，Rubenstein表示，他们未来将可能用更小的机器人打造一个更大的“蜂群”，进而了解控制体积更小机器人的方法。

　　纳米机器人 身体小 本领大

　　机器人居然可以做到这么小，这个小机器人的体型小得可以放入单个细胞之中，这是由美国一家大学开发的，更有望在未来驱动携带药物的纳米机器人，向特定细胞发起攻击。带领该项目研究的是DongleiFan教授，其开发的电机结构非常简单，仅由三部分组成。

　　借助一项依托直流/交流电场的专利技术，研究人员可以将之一个个地汇集到一起。与此前的设计相比，这种纳米电机更加长寿(15小时)，并且能够维持18000rpm的转速——已经相当于一台喷气发动机。

　　最小的纳米机器人

　　运送药物的纳米机器人

　　当然，电机的控制性能也出奇的好，除了可以设定开启或关闭，甚至还可以顺时针或逆时针运转。

　　机器人自动变形 想要什么变什么

　　自己一个人组建家具是件很烦恼的事情；相对而言，逛逛宜家，直接买下它们就有趣多了。但是，洛桑联邦理工学院的研究人员正在研究一种更好的方法。他们正在研究一种在任何你需要的时刻都可以将其简单组装成不同家具的小型模块化机器人，它可以是桌子、椅子、长凳或者任何东西。这比选择一件功效单一的特定家具可实用太多了。

　　该研究项目似乎是针对那些残疾人士开展的，因为有一台可以自动装配、并且在需要时刻能够自动翻转的椅子对他们来说意义重大。但是，这个创造对其他人来说，也有很多可开发的潜力。

　　如果将其进一步小型化，模块化机器人甚至能够创建一些特有的设计。所以，有一天，你不再需要去浏览宜家的零售目录并且前往它的仓库寻得你的下一套餐厅桌椅。你只需要简单地下载指令，让机器人军团在你的指挥下自动变形为一台新的瑞典图什比风情桌子。

　　机器人拥有透视眼 救灾不再睁眼瞎

　　据国外媒体报道，目前，美国加州大学最新研制一款具有“透视眼”能力的机器人，在两个机器人之间释放无线信号，通过测量信号强度的变化，将观察发现墙壁内部的物体。该技术可用于寻找困陷在建筑物中的伤员，或者监控家中的老年人。

　　该系统是由美国加州大学科学家YasaminMostofi博士最新研制的，这两个机器人装配着轮子，一个释放无线信号，另一个探测接收信号强度。

　　当机器人环绕正方形混凝土建筑物时，彼此离开视线范围之内，它们能够计算出建筑物内部的事物，甚至可以识别出人类。其工作原理是当途经墙壁和其它物体时，测量信号强度的衰减程度。

　　通过测量无线信号的衰减情况，机器人可以绘制一张视觉地图，呈现观测大约100秒的透视景象。研究人员指出，这项研究结果非常令人满意，误差不超过5厘米。

　　研究小组表示，我们的目标仅是使用无线信号透视厚墙壁观察完全未知区域。这项技术可由任何无线激活装置实现，目前我们赋予机器人“透视眼”功能。

　　虽然一些现代无人操控机器人使用激光扫描器观察前方的物体，但却不能透视邻近的物体或者墙壁。研究人员指出，这项最新技术将是机器人运动设计的革命性创新，赋予无人操控机器人一些新的功能。

　　他们认为这项技术潜在广泛应用，其中包括：地震灾难之后的搜寻和营救工作。“透视眼机器人”无需挖掘便能检测探索考古遗址。

　　用机器人造房子 或成为未来主流

　　一个被称为Minibuilders的全新3D打印建筑机器人套件，可以像建筑工人那样3D打印出一间房屋，其快速、低价、安全让建筑机器人将有可能成为下一代强大的建筑必备工具。

　　在建筑领域里3D打印机器人并不是什么新鲜事儿，但是这项技术之前一直停留在概念阶段，现在却能够在现实中实现了。之前有过很多3D打印建筑机器人的试验，他们都是利用基于吊架的系统，这些系统可以沉淀厚厚的混凝土，最后构造出来的不过是一个差强人意的“避难所”，而那些较为成功的3D打印建筑机器人又无法构造出体积较大的建筑。实际所需的建筑规模往往会让设计和制造看上去非常不实际，而且成本也很高，这些因素都大大限制了可以构造的建筑物大小。

　　Minibots运作方式基本上和同类型的无人建筑机器人一样，逐层浇筑流体建筑材料。但是它最大的不同，就是可以打印的建筑体积更大，而且设计方法也与众不同。

　　这套系统的核心是一个庞大的主部件，有两个装有液化合成大理石的大型圆筒，大理石经独特的配方制成。气胎注射筒会通过长长的管子推动材料，那些管子将被安置在一个建筑工地上，与三个敏捷的专业附属机器人协同工作。有些研究人员会觉得自己就像是一个建筑师，把自己的建筑构想通过一个巨大的独立机器变成现实，而Minibuilders的团队扮演角色就像是一个“包工头”，在建设过程中“招募”各相关领域里的建筑专业资源。

　　和构建传统建筑物一样，建筑流程需要从一个坚实的地基开始。“地基机器人（Foundation Robot）”是一台由Arduino支持的设备，它还装配了一个传感器，可以沿着地上标记的线进行工作。建筑师可以在建筑台上面先勾勒出建筑的轮廓，然后地基机器人就开始进行连续螺旋式循环，浇筑好前20层建筑材料。基本上，我们可以把这个地基机器人看作是一个从底层开始堆积建筑材料的“建筑师”。

　　一旦地基铺好，建筑工人可以把一个“抓握机器人（GripRobot）”紧夹在地基上面，它和地基紧密的粘合在一起，瞬间就能变成从世界上最先进的“小铲刀”。抓握机器人的喷嘴可以水平移动，使用更多材料在地基基础上来创造建筑，它还可以在建筑物上面增加动态纹理。在浇筑一层全新材料的时候，为了加速材料的干燥固化速度，抓握机器人还配置了一对加热器，这对加热器可以吹出198°F的热风，热固大理石混合。由于材料坚硬，支持在水平方向进行扩展，因而机器人可以打印屋顶或其他悬臂结构。

　　“我们可以肯定，Minibuilders将在未来建筑机器人领域里扮演一个非常重要的角色，我们也将会继续这项研究，”Novikov说道，“我们也鼓励其他研究人员一起探索这一领域，所以，我们与大家分享了Minibuilders机器人的技术细节文件。”

　　精确导航 无人机送货成为了可能

　　当我们听到“智能飞行器”这个词的时候，常常会联想到科技电影中的场景，那些体型小、操作灵活的智能飞行设备，在各种环境中穿梭自如，为人们提供更高层次的物流、拍摄、监控服务。即使不是出现在电影当中，亚马逊提出的无人机送货计划也尚处在测试阶段。而现在EHang团队为每个渴望接近蓝天的人提供了接近梦想的机会，他们研发的Ghost智能空中机器人，让飞行不再是少数人的专利。

　　Ghost智能空中机器人已经完成了产品的硬件研发，开模以及试产，即将进入量产阶段。不仅如此，EHang团队独创的手机APP操控系统，让Ghost不同于传统使用“大砖头”遥控器的四轴飞行器，完全由智能手机控制，只需要下载我们的App，便可以完成所有的飞行动作操控。

　　Ghost在操作上也是简化至极，只需“起飞”、“设定目的地”、“返航”三步即可。并且可通过手机APP查看飞行器的飞行高度、飞行速度、飞行器电量的实时数据。

　　用户可在APP地图上随意标记坐标，设定Ghost的飞行线路。当飞行期间遇到突发情况时，Ghost设有的“一键悬停”功能能够为飞行器的安全提供保障。作为一款以电能为动力，以移动信号为链接媒介的设备，“电量不足”和“超出通讯范围”必然是用户不得不考虑的两个问题。别担心，遇到这样的情况，飞行器会自动返航，并悬停在起飞3米上方，让飞行器的失联问题得以解决。

　　如此炫酷的装备当然不只是用来耍帅而已，装配上云台支架，Ghost即可携带拍摄装备进行航空拍摄。高精度、高稳定的云台结构使飞行器即使处于高速飞行甚至晃动状态时，仍能够精确的控制挂载相机，保证其拍摄的稳定性和画面质量。

　　EHang团队研发的实时坐标纠偏系统，让用户在拍摄过程中可以360度调整飞行器的位置，升降高度，旋转拍摄角度，任何方位的移动，将触控飞行的误差降到最低，真正实现“指哪飞哪”的飞行预期。

　　目前，Ghost已经过数次雨中航行测试和抗风实验测试，稳定的飞行系统让Ghost在自然环境中拥有不俗的航行能力。

　　脑子里想什么 脑电机器人能帮你做出来

　　机器人大家都非常熟悉，但是许多机器人的存在只是为了完成某些工作或特定的任务，有“情感”的机器人相信大家都只在电影中才会见到。

　　不过，昨天在南京市科协大讲堂上，来自东南大学机器人传感控制实验室的吴涓教授透露说，该实验室的研究团队已完成了情感交互机器人的初步设计。

　　有感情：读得懂你的表情，明白你的抚摸

　　一般来说，当人和机器人接触的时候，由于机器缺乏可辨认的性格，因此和人没有情感的互动。不过，吴涓告诉记者，其实只要把人的表情、动作的特定的信号提取出来，再交给机器人，那么它就会识别人的表情，辨别别人对它的动作到底是粗暴还是友好，从而做出相应的反应，可以与人的情感形成互动。

　　她说，去年她的学生邵知宇花五个月左右的时间完成了情感交互机器人的初步设计，这个机器人通过提取人的嘴部、眼睛的几十个甚至数百个关键点的数据信号，从而能够非常准确地读懂人的高兴、愤怒、忧伤等种种表情，并将它们模拟出来。通过感觉、触觉的设计，该机器人也能够分辨对它进行的是抚摸还是按压、打击等动作，如果对它抚摸，它会开心地笑，如果对它打压，它则会表现出很忧伤，是个有感情的机器人。

　　吴涓分析说，由于目前对于人的情感的科学基础研究还不够，因此目前研究出来的情感交互机器人其实和真人的情感交互还有很大的距离，它只是能够识别一些简单的表情，对于动作的识别也局限于一些固定的动作，但是未来随着人机交互技术的进一步发展，我们和机器人的“情感”交流将会越来越顺畅。

　　“脑电”机器人：光靠思维也能“完成”任务

　　你脑中想什么，机器人就能帮你做什么，光靠你的思维，机器人就会自动地帮你完成任务，这是不是听起来不可想象？不过，这在东南大学机器人传感控制实验室，你会发现，用脑电波来控制机器人离我们并不遥远。

　　吴涓向记者展示了脑电机器手臂的工作过程，戴上一顶安有独立电极与大脑头皮接触的帽子，通过接收人脑思维产生的脑电波，机器人手臂可完成一系列动作指令，包括机器臂的上抬、下压、左右平移的动作。

　　“你看，实验者心里想象着"上举抬臂"的动作，脑电波就会有反应，这顶帽子会把脑电信号收集起来"告诉"机器人，机器人听懂了，就会按着实验者所想来执行。”吴涓解释说，当然利用脑电，通过思维意念来控制机器人是非常难的，比如目前的机器手臂只会做四个最简单的动作。不同的人对同样的动作，发出的脑电波信号也不相同，因此要读取一个人的脑电波中有关动作指令的电信号并且控制机器人，目前还需要对控制机器的人进行“训练”。

　　正因为机器人对不同人的脑电识别的精度还不够，因此我们离脑中想什么、机器人就做什么，随心所欲地支配机器人还有很远的一段距离。