以大自然為師,可上天入地的11款仿生機器人

2021-01-21 戰略前沿技術

本文轉載自資本實驗室(ID:coinsay)

作者:齊達

儘管人類已經藉助科技的力量改造了世界,但許多技能仍然為人類所不擁有,很多惡劣的環境仍然是人類的禁區。而經過大自然的「公平選擇」,使得某些生物具有我們所不具備的獨特「技能」「,也適合在人類難以觸及的地方生存。

那麼,能否以大自然為師,如何向其他的生物學習,以提高我們在這個星球上的適應能力,並探索更多的未知世界?正是對這一問題的回答催生了仿生科技。

近年來,仿生科技正在快速發展,尤其是在機器人行業,從蜘蛛到鳥類,從章魚到蟑螂,各種生物為技術進步提供了源源不斷的靈感,仿生科技也成為機器人技術發展最快的領域之一。

以下是11款典型的仿生機器人。雖然其中有部分產品還處於試驗階段,但這種探索將是未來各種行業應用必須走出的一步。 

德國自動化技術廠商Festo推出了一款仿生機器人BionicWheelBot。該機器人模仿一種生活在撒哈拉沙漠的蜘蛛,這種蜘蛛不僅能在地面正常行走,還能翻滾著前進,在平整的地面上,其翻滾的速度是行走速度的兩倍。

BionicWheelBot模仿了這一運動模式。在一些複雜的地形中,它能夠彎曲機器腿,使車身變成車輪的形狀。而在滾動模式下,機器人比大多數腿式機器人移動得快得多。

該機器人目前還沒有投入實際應用,但在未來,這一模型預期可以裝備到具有高度運動靈敏性的平臺。

瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員發明了一種微型機器魚,可以與斑馬魚魚群一起遊泳。該機器魚長7釐米,其顏色、形狀、比例和條紋圖案都與斑馬魚相似。

為了讓機器魚融入魚群,研究人員研究了魚類的行為,包括線速度、加速度、振動、尾部運動節奏,魚群規模以及個體遊泳距離等。

通過與斑馬魚群共同遊泳,機器魚就像一名特工一樣,可以學習魚類的交流與運動方式,並改善其遊泳機制。

美國機器人Sarcos公司最初是一家生物工程機構,2000年開始研究外骨骼和機器人技術,並開發了兩款外骨骼機器人:Guardian GT和Guardian XO。

Guardian GT是一套可以安裝在移動基座上的大型機器人手臂。操作人員可將他們的手臂通過旁邊主控制器,經由手臂和手指移動對機器人進行遙控操作。Guardian GT的兩隻機械手臂有2.3米長,可以舉起454公斤重物。

Guardian XO是為提高力量和耐力而設計的更傳統的外骨骼套裝。這套外骨骼裝置還有升級版本XO Max。兩款產品預計將在2019年上市。

該公司還設計出了一款蛇形機器人Guardian S,可以深入到地震現場,搬運坍塌的材料,並救尋傷者。

目前公司設計的多款外骨骼產品已經在軍工、航空、航海、安全等多個領域得到應用。 

在機場上空,鳥類對飛機起飛和降落都構成了很大的威脅。

荷蘭公司Clear Flight Solutions通過3D列印製造出兩種鳥形機器人(機器老鷹和機器遊隼),可以在不藉助潛在有害網狀物或噪音發射裝置的情況下有效地嚇跑較小的鳥類。

機器遊隼身長58cm,翅展長度120cm,機器老鷹則比機器遊隼大了一倍。這兩款機器人在空中的飛行速度可達80km/h, 需要工作人員手動遙控操作。

對於太空人、太空飛船而言,遺留在太空中的垃圾是非常大的威脅。史丹福大學和美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的研究團隊聯手設計了一款能夠抓取並處理太空垃圾的機械裝置。

研究團隊開發的是一種使用壁虎靈感粘合劑的夾具,夾具可以在太空中快速抓住物體。該機器人受到壁虎腳部的啟發。 

中國機器人公司Vincross設計了一種消費級全地形六足機器人HEXA。HEXA配備了紅外和雷射傳感器、攝像頭、圖像視覺、三軸平衡、Wi-Fi以及雙核ARM 9處理器等,並支持無線充電。

該機器人被設計成一個平臺而不是成品,可以通過各種擴展接口,連接更多傳感器。HEXA採用Linux作業系統,並開放了各種軟體接口。開發者可以自行編寫機器人應用,讓其完成各種複雜任務。普通用戶也可以通過模擬器進行動作設計。 

新加坡國立大學的科學家研發了一種會遊泳的機器人MantaDroid,該機器人長35cm,寬63cm,重0.7kg,可以以每秒0.7米的速度在水下「飛行」,一次充電可持續遊動10小時。

通過模仿蝠鱝,MantaDroid可以快速遊動。不同於使用螺旋槳的海底無人機,該機器人幾乎沒有聲音,可以減少對海洋生物的幹擾。該機器人可以用於檢查海底基礎設施,以及檢測人類無法達到區域的環境汙染狀況。 

哈佛大學微型機器人實驗室推出了HAMR系列四足機器人,最新款HAMR-F機器人只有4.5cm大小,行動速度可以達到17.2cm/s。

HAMR可以大幅度轉動並高速運轉、爬升、攜帶有效載荷,並且長時間不受損傷地存活。真正的突破是它的移動方式,每條腿都有兩個致動器,象蟑螂的關節一樣緊密相連,使其能夠騰空而起,甚至能雙腳騰空保持穩定。 

麻省理工學院計算機科學和人工智慧實驗室(CSAIL)的研究人員開發了一款軟體機器魚SoFi。

機器魚的背部和尾部由矽膠和柔性塑料製成,通過一個泵以交替順序將水送入兩個隔膜的方式實現魚尾的左右擺動,從而使其能以近乎自然的方式在水中遊動。SoFi的頭部由3D列印而成,並配備了魚眼鏡頭,可以捕捉水下其他魚類的高解析度照片和錄像。

義大利聖安娜高等學院的Cecilia Laschi教授是軟體機器人領域的領導者。她開發了一種可以像章魚一樣在水中和海床上移動的機器人。

機器人可將水吸入體腔內並像噴氣式飛機一樣在水中移動,還可使用其柔軟的觸手在不平坦的海底爬行。目前這種機器人概念主要用於製造業,其機械臂非常適合於重複性的、需要精確度的工作。

傳統相機可以幫助無人機確定或修訂自己所在的位置,但需要充足的光線才能有效發揮作用。依靠相機視覺的無人機也會因飛行速度過快,造成圖像畫面模糊,從而導致視覺算法失去作用。

為此,蘇黎世大學和瑞士國家機器人能力研究中心(NCCR)的研究人員為無人機提供了一種全新的視覺方式。他們受生物視覺啟發而發明的相機被稱為「基於事件的相機」,採用生物視覺傳感器,可輸出像素級亮度變化,而不是標準強度幀。有了它,無人機就能夠輕鬆應對高速運動,以及接近黑暗的環境。

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  • 13款最逼真仿生機器人,全都來自同一家德國公司...你見過幾個?
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  • 科技雲:仿生機器人
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  • 仿生機器人分為哪幾類_仿生機器人研究現狀
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  • 研究大於功效,仿生機器人如何落地應用?
    同樣,這款仿生機器人也貫徹了Festo一貫的宗旨——美到驚豔,卻基本沒啥用處。雖然其在產品介紹中,竭力說明仿生魚的用處,諸如深海探測、數據收集等,但是並沒有成熟的落地應用。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設計的機械馬,其發展已經經歷了相當長的時間。
  • 2019值得關注的五大國產仿生機器人
    不過,就仿生機器人的具體應用結果來說,每個領域的表現各有優劣。在軍事領域,許多仿生機器人因能耗太大、噪音太強等原因為人詬病,導致其應用價值並不高;而在醫療、救援、看護等特定的垂直化場景中,仿生機器人的表現卻又出乎意料的好,哈佛軟體機器人實驗室研製的人工心臟就是軟體機器人成功落地的典型案例。該機器人的外體為矽膠澆築,內部螺旋狀埋設人工肌肉。
  • 仿生鯊魚、水下搜救機器人將亮相服貿會
    新京報訊(記者 張璐)2020年服貿會將於9月初舉行,記者昨天(8月9日)獲悉,仿生鯊魚、水下機器人等多款海洋智能裝備已經「整裝待發」,它們將在服貿會服務機器人展區「大放異彩」,為觀眾帶來驚豔的展出效果。水下機器人可以用於防汛搜救。
  • 形似而神不似,仿生機器人如何突出重圍?
    這款仿生機器人在水裡遊起來動作十分自然、流暢,簡直可以用美妙來形容。根據外媒介紹,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——美到驚豔,卻基本沒啥用處。雖然其在產品介紹中,竭力說明仿生魚的用處,諸如深海探測、數據收集等,但是並沒有成熟的落地應用。
  • 這些都是優秀的仿生機器人,有些已經開始應用
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  • 仿生機器人的發展
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  • 細數那些漂亮可愛的仿生機器人
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  • 國產仿生鯊魚機器人亮相 可用於水下偵察追蹤
    在室內展區一款仿生機器鯊魚就十分奪人眼球。這具仿生機器鯊魚的大小與真正的鯊魚相當,放在一個巨大的水缸內進行展示。據悉,這是一款以鯊魚為原型的高航速、大載荷、低噪音的遠洋仿生樹下機器人平臺。能夠執行監測、追蹤、搜尋、偵察等多種任務。除了仿真鯊魚外,展區內還展出了多款小型仿生魚形機器人。該機器人主要是作為教學平臺使用。
  • 2018值得關注的國產仿生機器人
    它是國產新一代可編程機器人中的第一款,是一個6腳、高度機動、緊湊的機器人,外形酷似狼蛛。配合機器人,HEXA公司還會提供MIND,一個機器人作業系統和SDK,這個系統讓人們首次無需知道底層硬體、複雜的機械學習,而且還可以創造有趣的機器人功能。不僅如此,它內置加速度計、紅外線傳感器和720p攝像頭,同時具有夜視導航模式。
  • 仿生科技成為機器人技術發展最快的領域之一
    一般而言,仿生機器人通過應用環境的判別可分為地面仿生機器人,水下仿生機器人,還有空中仿生機器人。  地面仿生機器人的種類有很多,根據運動形式的不同可以分為仿人機器人、多足機器人、蛇形機器人和跳躍機器人。
  • 仿生設計:來自大自然的創意
    仿生不是對大自然的拙劣模仿或照搬,而是創意元素永遠最重要。圖文/普象工業設計小站(微信公眾ID:iamdesign,歡迎關注),虎嗅增加了若干圖片說明。如轉載需經原作者「普象工業設計小站」授權。多圖殺貓,請在Wifi條件下打開。大自然是物質的世界,形狀的天地。自然界的無窮信息傳遞給人類,啟發了人類的智慧,豐富了人類的才能。
  • 韓國在軍用仿生機器人領域發力
    原標題:韓國在軍用仿生機器人領域發力 據韓聯社報導,韓國國防部日前宣布將研發軍用仿生機器人,提升防禦與偵察能力,強化武裝部隊。 相關文件顯示,韓國正致力於開發幾款「應用精密技術的軍用仿生機器人」。
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    打開APP 揭秘最好用、最經濟機器人仿生手 Maggie 發表於 2015-11-24 16:13:58 若比鄰機器人仿生手   若比鄰機器人仿生手可以五指靈活抓握、內收外展、分開合併,實現手的基本功能如:吃飯、穿衣、上廁所、開門、打字、打電話、拿水杯、水壺、名片等,還可以單指聯合各指運動,實現抓取東西,可彎曲,單手指可獨立運動
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    最美的蝴蝶機器人 就在昨天,費斯託發布了兩款仿生機器人,為他們的動物世界又新添了兩名新成員。它是一個貨真價實的大型仿生機器人,體長87釐米,臂展228釐米,但如此龐大的機器人體重只有580克,可以算得上是一隻苗條的機器人寶寶了。