10項(xiàng)激動(dòng)人心的機(jī)器人開發(fā)和技術(shù)來了

近年來機(jī)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(yīng)用，并且出現(xiàn)了很多具有前瞻性的設(shè)計(jì)。本文通過Science雜志評(píng)選的10項(xiàng)激動(dòng)人心的機(jī)器人開發(fā)和技術(shù)，為讀者梳理出目前機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展情況。

近日，Science雜志評(píng)選了10項(xiàng)激動(dòng)人心的機(jī)器人開發(fā)和技術(shù)，覆蓋從可能改變機(jī)器人技術(shù)未來的原創(chuàng)研究，到支持基礎(chǔ)科學(xué)和推動(dòng)工業(yè)和醫(yī)療創(chuàng)新的商業(yè)產(chǎn)品。

Top 1：波士頓動(dòng)力的跑酷機(jī)器人Atlas

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

這些特性被用于在具有挑戰(zhàn)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(yùn)動(dòng)員一樣執(zhí)行后翻。

Marc Raibert的波士頓動(dòng)力團(tuán)隊(duì)仍然是機(jī)器人平衡和推進(jìn)的領(lǐng)頭人。

Raibert觀察到“機(jī)械系統(tǒng)具有自己的思想，受物理結(jié)構(gòu)和物理定律支配?！盇tlas使用其視覺系統(tǒng)來調(diào)整自身并測(cè)量到跑酷障礙的距離。

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

Top 2：Intuitive Surgical的達(dá)芬奇SP平臺(tái)

機(jī)器人手術(shù)是近年來最重要的手術(shù)創(chuàng)新之一。

通過使用機(jī)器人方法執(zhí)行諸如根治性前列腺切除術(shù)的程序，這意味著許多益處。

越來越多的機(jī)器人平臺(tái)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題。

達(dá)芬奇是早期的先鋒和全球市場領(lǐng)導(dǎo)者，Intuitive Surgical繼續(xù)推動(dòng)手術(shù)機(jī)器人的界限。

通過一個(gè)2.5厘米的插管和小切口，新推出的達(dá)芬奇單端口系統(tǒng)，允許外科醫(yī)生控制三個(gè)完全萎縮的肘關(guān)節(jié)器械，并結(jié)合用于深部病變的關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡。

Top 3：通過增長導(dǎo)航的軟機(jī)器人

通過尖端增長進(jìn)行導(dǎo)航，為機(jī)器人開辟了新的方向。

想象一下，如果葡萄藤、神經(jīng)元或真菌菌絲的生長方式，可以被我們利用，將其擴(kuò)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(nèi)部折疊，但是當(dāng)加壓時(shí)，隨著管前部的材料被向外推動(dòng)而向外生長。

這個(gè)出色的設(shè)計(jì)理念解決了機(jī)器人技術(shù)中的幾個(gè)重大挑戰(zhàn)，并通過提取一般生物學(xué)原理，來舉例說明生物啟發(fā)設(shè)計(jì)的使用。

軟機(jī)器人設(shè)計(jì)允許在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中避開障礙，這有望在管道和導(dǎo)管，醫(yī)療設(shè)備以及探索和搜救機(jī)器人中進(jìn)行導(dǎo)航。

Top 4：用于軟機(jī)器人的3D打印液晶彈性體

機(jī)器人技術(shù)的一大挑戰(zhàn)，是探索新材料和制造方案，用以開發(fā)節(jié)能、多功能和兼容的執(zhí)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)使用過多種形狀變形的液晶彈性體致動(dòng)器，但該項(xiàng)目展示了如何使用具有空間編程向列順序的高操作溫度，直接墨水書寫3D打印來制造彈性體。

與迄今為止報(bào)道的其他液晶彈性體相比，這些執(zhí)行器顯示出提升重量的能力。

該技術(shù)承諾為軟機(jī)器人提供大面積設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)功能架構(gòu)。

Top 5：肌肉模擬，自我修復(fù)和液壓放大致動(dòng)器

Peano-HASEL提供透明且自感應(yīng)的柔性執(zhí)行器，可控線性收縮率高達(dá)10％，應(yīng)變率為每秒900％，以50 Hz驅(qū)動(dòng)。

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

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

據(jù)作者稱，他們只使用便宜的熱封方法和廉價(jià)的商用材料來生產(chǎn)這種有前途的技術(shù)。

值得注意的是，該執(zhí)行器能夠提升其重量的200倍以上。

Top 6：來自DNA的自組裝納米級(jí)機(jī)器人

DNA折疊可以在納米尺度上形成不同的形狀。

通過控制自組裝DNA折疊結(jié)構(gòu)，與由單鏈DNA形成的閂鎖系統(tǒng)相結(jié)合，現(xiàn)在可以在外部施加的可調(diào)電場下進(jìn)行精確的納米級(jí)運(yùn)動(dòng)。

這些納米級(jí)機(jī)器人系統(tǒng)可以并行使用，用于分子或納米顆粒的電驅(qū)動(dòng)傳輸，數(shù)十納米或更多。

機(jī)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(jī)械記憶。

Top 7：DelFly靈活的bioinspired機(jī)器人擋板

許多生物啟發(fā)機(jī)器人具有雙重目的，即開發(fā)具有實(shí)際應(yīng)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、無尾、無繩、自動(dòng)、可編程、小型（28 g）撲翼飛行器的設(shè)計(jì)。

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

但機(jī)器人可以作為一種新的物理模型，來測(cè)試飛行生物如何進(jìn)行飛行控制。

令人驚訝的是，即使沒有明確控制所有旋轉(zhuǎn)軸，DelFly Nimble也可以精確地再現(xiàn)果蠅的快速逃逸動(dòng)作。

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

Top 8：柔軟的可穿戴式機(jī)器人

在日常生活中佩戴外骨骼時(shí)，大多數(shù)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(shè)計(jì)、感應(yīng)、機(jī)器人控制和驅(qū)動(dòng)的新方法，以增加穿著者的力量，平衡和耐力。

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

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

Top 9：Universal Robots（UR）e系列Cobots

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從研究實(shí)驗(yàn)室到裝配線和物流到外科手術(shù)指導(dǎo)，UR機(jī)器人手臂盡管外表不起眼，但它們正變得無處不在。

該公司正在圍繞其核心產(chǎn)品開發(fā)一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。他們?cè)?018年推出的新型e系列協(xié)作機(jī)器人，呼應(yīng)了協(xié)同自動(dòng)化的大趨勢(shì)。

憑借增強(qiáng)的安全功能和力/扭矩感應(yīng)，我們期望在機(jī)器人可以在與人類操作員無縫學(xué)習(xí)和協(xié)作，在各種環(huán)境中看到更智能的人機(jī)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?yàn)樗男峦庥^，增強(qiáng)的語音理解以及從其所有者那里學(xué)習(xí)的能力提高。

更重要的是，索尼越來越多地意識(shí)到機(jī)器人在兒童學(xué)習(xí)、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(jī)器人周圍人的感知、交互和期望，并開發(fā)具有情境感知的機(jī)器人，從而產(chǎn)生獨(dú)特的行為和個(gè)性（不依賴于預(yù)先編寫的程序以及個(gè)性化和適應(yīng)性），是社交機(jī)器人最受關(guān)注的話題。