在電影《機器人瓦力》中,可愛的WALL-E(Was Allocaon Lo Lifter Earth Class,地球版垃圾配置承載起重機,中文名瓦力),作為地球上最后一臺垃圾處理機器人,地球上早已不適宜人類生存,瓦利將地球上的垃圾處理成一個個的方塊疊加起來,然后通過電視中殘留的印象感受愛情。
電影照進現(xiàn)實,F(xiàn)esto近日發(fā)布仿海扁蟲機器魚BionicFinWave,我們先來看看它令人驚艷的美感:
這款仿生機器人在水里游起來動作十分自然、流暢,簡直可以用美妙來形容。根據(jù)外媒介紹,BionicFinWave以兩片柔軟的矽膠(Silicone)代替烏賊肉鰭,透過左右各9個支點協(xié)助進行波浪狀拍動。
同樣,這款仿生機器人也貫徹了Festo一貫的宗旨——美到驚艷,卻基本沒啥用處。雖然其在產(chǎn)品介紹中,竭力說明仿生魚的用處,諸如深海探測、數(shù)據(jù)收集等,但是并沒有成熟的落地應(yīng)用。
仿生機器人,最早可以追溯至中國三國時期的木牛流馬以及1893年由Rygg設(shè)計的機械馬,其發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了相當長的時間。隨著對于仿生機器人認識的不斷深化,人們對其的研究也走向了“第四階段”:即構(gòu)建結(jié)構(gòu)與生物特征一體化的類生命系統(tǒng),強調(diào)仿生機器人不僅具有生物的形態(tài)特征和運動方式,同時具備生物的自我感知、自我控制等性能特性,更接近生物原型。目前大熱仿生腦和仿生神經(jīng)也屬于此類方向。
仿生機器人發(fā)展歷程
“形似而神不似”,仿生機器人怎么了?
仿生機器人發(fā)展至今,“研究大于功效”是目前所普遍存在的一種情況。許多仿生機器人都有著概念上的強大效力,比如說波士頓動力早期非常出名的“大狗機器人”。這款能像真的獵犬一樣前進、翻閱障礙的四足機器人,原本是給軍方提供的戰(zhàn)場輔助機器人,大狗在視頻上看著機動力非常強勁,但是當其實際交付時,極大的噪音讓其戰(zhàn)場輔助的功效也隨之湮滅。
從市面上已有的仿生機器人的表現(xiàn)來看,其應(yīng)用并未十分理想。究其原因,智能相對論(xdlun)分析師柯鳴認為,形似而難以神似的仿生機器人,有幾個問題難題仍需突破。
1.過于簡單的生物機理模型
作為仿生機器人,其目的是為了能夠延伸或替代生物體的部分功能,以達到便捷特定場景工作的功效。而從目前的發(fā)展情況來看,仿生機器人模型建立過于簡化、研究結(jié)果不夠深入等問題,使得仿生機器人樣機與生物實際的功能相距甚遠。
畢竟,生物體是一個相當復雜的系統(tǒng),每一個動作和功能都是由骨骼、肌肉、神經(jīng)系統(tǒng)等多方面協(xié)調(diào)的結(jié)果,并非一個簡單的程序可以替代。另一方面,生物機理的研究要結(jié)合大量的試驗,而現(xiàn)有試驗條件及研究方法過于單一,無法完全滿足相應(yīng)生物運動規(guī)律的觀測要求。
此外,落地結(jié)果不盡如人意的原因還在于跨學科協(xié)作太少。畢竟,仿生機器人作為一個再現(xiàn)生物機理的模式,其需要比如腦科學、生物科學等多種學科的研究成果,這也意味著想要實現(xiàn)對生物機理的準確建模和分析,依然有著很長的路要走。
2.難以量產(chǎn)的高昂價格
今年五月,波士頓動力公司展示了雙足機器人Atlas的進展,視頻中,Atlas不僅可以在戶外環(huán)境下自由奔跑,而且能自主跨越障礙物。雖然Atlas進步很大,但不可否認的是,與《西部世界》中高度智能化的接待員相比,Atlas就像一個剛出生的嬰兒。
而這個“嬰兒”,并不便宜。作為還沒有完全投入使用的仿生機器人,其研發(fā)和制作成本達數(shù)百萬美金,想要做到量產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化依然有著相當遠的距離。在落地的產(chǎn)品中,在工博會上展出的仿生機器人,其成本要20余萬元,而就單機器人外殼成本則需2萬元,綜合售價也高達30萬,這是一般企業(yè)難以承擔的。
此外,目前我國的部分仿生機器人生產(chǎn)缺乏核心零部件的生產(chǎn)能力,這也導致了其高昂的生產(chǎn)成本。實際上,國內(nèi)理論研究、市場應(yīng)用、制造水平與國外差距不大,而關(guān)鍵的基礎(chǔ),如、減速器、則依賴進口,這大大提高了機器人的生產(chǎn)成本。
3.無法克服的應(yīng)用之殤
作為仿生機器人,隱蔽、難以分辨及被察覺是其一大優(yōu)勢,目前所研制的機器魚或水下滑翔機,可以秘密潛入敵海軍基地乃至抵近敵艦艇進行偵查乃至破壞。但是,在陸地和空中時由于刻意模仿生物的運動模式,對機器能源的利用過于低效,像機器鳥還存在有效載荷太小的問題,因此嚴重限制了其使用范圍。
比如,網(wǎng)紅機器人“獵豹”。這款機器人用四足奔跑,可以達到時速47公里。用機器的方式超越了所有哺乳動物的運動極限。但它的問題是這種速度的耗電量實在過大。如果不能連接大量,其使用時長僅為幾十分鐘。
成本太高、維修太難、能耗太大、噪音太強,這一切似乎都成為了仿生機器人落地的攔路虎。也正是這樣一些因素,使得許多仿生足機器人距離實際應(yīng)用還有相當遠的距離,而目前,我們也就只能在YouTube上看看他們的神奇表演了。
仿生機器人該如何突圍?
存在即合理,仿生機器人的出現(xiàn),是符合當前機器人發(fā)展趨勢的。其在應(yīng)用過程中雖然有諸多不夠完善之處,但是其有著相當大的發(fā)展前景,仿生機器人,依然可以突出重圍。
1.革新智能化材料與控制方式
顯然,隨著仿生機器人技術(shù)的進一步發(fā)展,傳統(tǒng)的鋼材、塑料的傳統(tǒng)材料難以滿足更為復雜的場景應(yīng)用,而使用與生物性能更加接近的仿生材料,可以降低能耗、增強效率。
比如水下仿生機器人的設(shè)計中,通過采用新型的柔性材料進行仿生魚的設(shè)計,可以更好地實現(xiàn)仿生魚游動速度快、運動靈活的特點 。
在仿生機器人的發(fā)展中,如果未來可以摒棄傳統(tǒng)的機器人控制方式,進一步深入開發(fā)研究肌電信號控制、腦電信號控制等仿生控制方式,通過神經(jīng)元進行仿生機器人的精細控制,并在多感知信息融合、 遠程、多機器人協(xié)調(diào)控制等方面獲得突破,實現(xiàn)更加精確、適應(yīng)性更高、響應(yīng)更加快速的控制過程及良好的環(huán)境感知能力。
2.特定垂直化場景或成仿生機器人發(fā)力點
從目前來看,仿生機器人的應(yīng)用比較廣泛,各個領(lǐng)域都存在仿生機器人,比如軍事領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、救援領(lǐng)域等等,但是其表現(xiàn)卻各有優(yōu)劣。
雖然軍事領(lǐng)域的許多仿生足機器人為人所詬病,認為其應(yīng)用價值不高,但是,在醫(yī)療、救援等特定的垂直化場景,仿生機器人的表現(xiàn)卻出乎意料的優(yōu)異。
在醫(yī)療領(lǐng)域,軟體機器人的典型案例就是哈佛軟體機器人實驗室研制的人工心臟,其外體為硅膠澆筑,內(nèi)部螺旋狀埋設(shè)人工肌肉。人工心臟通過氣動人工肌肉(PAM)控制自身運動,選擇性激活或關(guān)閉人工肌肉單元,進而模擬心臟肌肉收縮規(guī)律,并使用進行數(shù)值仿真。
軟體仿生機器人構(gòu)建的人工心臟
此外,軟體仿生機器人因其柔軟的機體、的形態(tài)和不規(guī)則的表面能夠使得其在不同環(huán)境中能夠更為靈活的運動。因此,將軟體機器人與可穿戴設(shè)備結(jié)合用以幫助特殊人群完成生理活動。比如哈佛大學的軟體機器人手套幫助病人術(shù)后恢復等。
同樣,在探測和救援領(lǐng)域,也能夠發(fā)揮一定優(yōu)勢。比如在地震、海嘯災(zāi)害搜救過程中,仿生機器人可以借助機械挖掘搜索,提高搜救效率的同時也保障了搜救的安全性。
總之,仿生機器人發(fā)展至今,確實存在著一定的問題,形似而神不似,但是,借大自然之手開辟出仿生機器人這一想法是人類智慧的結(jié)晶,終有一天,這顆智慧的大樹也一定會結(jié)滿累累碩果。
智能相對論:深挖人工智能這口井,評出咸淡,講出黑白,道出深淺。重點關(guān)注領(lǐng)域:AI+醫(yī)療、機器人、智能駕駛、AI+硬件、、AI+金融、AI+安全、AR/、開發(fā)者以及背后的芯片、算法、人機交互等。
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