普渡大學研究團隊根據(jù)蜂鳥的身體構(gòu)造和行為模式，制造了一款仿生蜂鳥機器人

普渡大學研究團隊根據(jù)蜂鳥的身體構(gòu)造和行為模式，制造了一款仿生蜂鳥機器人。無論從形態(tài)、動作，都非常逼真。使用機器學習算法進行訓練，仿生機器人“知道”如何像蜂鳥一樣自行移動，例如辨別何時執(zhí)行逃生機動。

蜂鳥是世界上體積最小的鳥。其中體積最小的吸蜜蜂鳥僅重1.8克，只比一只成年蜜蜂重一點兒；而蜂鳥中體型最大的巨蜂鳥，體重也僅有20克，比兩節(jié)7號電池還輕。蜂鳥也是唯一可以倒飛的鳥，可以完成非常高難度的空中機動動作。

由普渡大學機械工程副教授Xinyan Deng帶領(lǐng)的研究團隊根據(jù)蜂鳥的身體構(gòu)造和行為模式，制造了一款仿生蜂鳥機器人。無論從形態(tài)、動作，都非常逼真。

相關(guān)論文：

https://arxiv.org/abs/1902.09626

使用機器學習算法，可以自動執(zhí)行機動動作

其實蜂鳥機器人并非普渡大學首創(chuàng)，科學家對蜂鳥的研究由來已久。2011年，由美國國防部DARPA委托AeroVironment公司制造了一款蜂鳥機器人，但比較重，速度也不快，需要有人進行遠程操控。操作方式類似直升機，可以實現(xiàn)有限的機動性。

但是Deng研究團隊開發(fā)的這款仿生蜂鳥機器人，重量僅為12g，和一只成年蜂鳥體重相當，卻可以舉起27克的物體。使用兩個電機用來獨立控制每個機翼，也是借鑒了飛行動物在自然界中實現(xiàn)高度敏捷性機動的原理。

最關(guān)鍵的是，這款蜂鳥機器人使用機器學習進行訓練，不僅可以學會蜂鳥的動作，還可以學到蜂鳥做出該動作的意圖。

這意味著從模擬中學習之后，仿生機器人“知道”如何像蜂鳥一樣自行移動，例如辨別何時執(zhí)行逃生機動。

人工智能與靈活的撲翼相結(jié)合，也讓機器人能夠自學新技巧。例如，雖然機器人沒有視覺傳感器無法看見，但可以通過觸摸表面來感知物體。每次觸摸都會改變電流，研究人員意識到，可以通過跟蹤電流變化來獲知障礙物邊界。

Deng教授說，這款機器人可以在看不到周圍環(huán)境的情況下繪制地圖。也就是說，這款機器人可以節(jié)省一個視覺傳感器，那么在完全黑暗的場景下尋找受害者就非常有用了。這意味著不僅僅可以節(jié)省成本，還可以降低設(shè)計難度和工藝流程的復雜度。

通過對昆蟲和蜂鳥物理學的進一步研究，普渡大學的研究人員認為他們能夠制造出比蜂鳥更小的機器人，像昆蟲一樣小，卻不會影響它們飛行的方式。而且Deng聲稱尺寸越小、機翼拍打頻率越高，飛行效率越高。

在制作工藝方面，采用了3D打印的機身，由碳纖維和激光切割膜制成的機翼。

該機器人可以像真正的蜂鳥一樣靜靜地飛行，使它們更適合秘密行動。他們通過湍流保持穩(wěn)定，研究人員通過測試油箱中動態(tài)縮放的機翼證明了這一點。

Xinyan Deng教授在天津大學獲得本科學位，并在加州伯克利獲得博士學位，目前在普渡大學任職機械工程副教授。由她帶領(lǐng)的研究團隊和在蒙大拿州花費了好幾個夏天的時間研究蜂鳥。

左2為Xinyan Deng教授

未來將配上電池和傳感器

他們記錄了蜂鳥的關(guān)鍵動作，例如快速的180度旋轉(zhuǎn)、并將它們轉(zhuǎn)換為機器人在連接到模擬時可以學習的算法。

Deng說，蜂鳥有多組肌肉可以做動力和轉(zhuǎn)向。機器人應該盡可能的減輕體重，從而可以在最小的重量下獲得最大的性能。

研究人員表示，雖然目前機器人在飛行時需要電線來提供動力，但這種情況不會持續(xù)太長時間。

機器人可以像真正的蜂鳥一樣靜靜地飛行，使它們更適合秘密行動。他們通過湍流保持穩(wěn)定，研究人員通過測試油箱中動態(tài)縮放的機翼證明了這一點。

單純從目前該機器人的功能來看，似乎和無人機非常類似。然而蜂鳥機器人可以實現(xiàn)很多無人機無法完成的任務(wù)。

無人機受到螺旋槳的限制，體積很難縮小到蜂鳥機器人相同大小，而蜂鳥不使用傳統(tǒng)的空氣動力學，它們的翅膀具有彈性，可以將體積做的非常小。

機器人蜂鳥不僅可以幫助進行搜索和救援任務(wù)，還可以讓生物學家通過真實機器人的感官更可靠地在自然環(huán)境中研究蜂鳥。

設(shè)計具有更高升力的機器人為研究人員提供了更多可操作的空間。未來還可以添加電池和傳感器，例如相機和GPS。

這款機器人將會在“2019年IEEE國際機器人與自動化大會”上亮相，Xinyan Deng團隊將在大會上進行presentation。

研究人員已經(jīng)將模擬器在Github上開源，要求Python 3，模擬器引擎使用DART，接口使用pydart2。

Github地址：

https://github.com/purdue-biorobotics/flappy

仿生機器人現(xiàn)狀

仿生機器人是模仿自然界中生物的外部形狀、運動原理和行為方式的系統(tǒng)，能從事具有生物特點工作的機器人，類型非常多。

仿生機器人的主要特點，一是多為冗余自由度或超冗余自由度的機器人，機構(gòu)復雜；二是其驅(qū)動方式有些不同于常規(guī)的關(guān)節(jié)型機器人，通常采用繩索、人造肌肉或形狀記憶合金等驅(qū)動。

生物特性為機器人的設(shè)計提供了許多有益的參考，使得機器人可以從生物體上學習如自適應性、強健性、運動多樣性和靈活性等一系列良好的性能。因此仿生機器人同時具有生物和機器人的特點，已經(jīng)逐漸在反恐防爆、探索太空、搶險救災等不適合由人來承擔任務(wù)的環(huán)境中凸顯出良好的應用前景。

目前在仿生機器人領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊無疑是波士頓動力。即將商用的SpotMini機器狗，拉貨車的樣子像極了雪橇犬在雪地奔跑拉人，但更加有組織、有紀律，能夠完成任務(wù)的難度系數(shù)也要比雪橇犬們高得多。

而國內(nèi)也在大力發(fā)展仿生機器人。浙大的絕影、以及Laikago宇樹科技的Laikago四足機器人，號稱中國版波士頓動力機器狗，取得了不錯的成績。

仿人機器人如Nao、Pepper，四足機器人如索尼機器狗Aibo等已進入教育、娛樂、陪伴、導游導覽等領(lǐng)域，如通過人臉識別識別不同說話人、人機對話為人提供必要的信息服務(wù)和產(chǎn)品介紹、利用機器人進行科學研究、通過舞蹈表演、機器人比賽用于展示和教育。

中國科學院自動化研究所研發(fā)團隊開發(fā)的仿生機器魚系統(tǒng)在大學和科研機構(gòu)用于仿魚運動機理、控制與協(xié)作的研究，在國內(nèi)多個科技館用于科普教育。

同時，該研發(fā)團隊通過中國科學院自動化研究所（洛陽）機器人與智能裝備創(chuàng)新研究院進行了小型教育娛樂仿生機器魚的產(chǎn)業(yè)化，用戶可以通過手機遙控機器魚實現(xiàn)靈活的水上運動。

國防科技大學、哈爾濱工業(yè)大學、清華大學都研制開發(fā)了雙足步行機器人。北京理工大學研制的仿人機器人，能夠?qū)崿F(xiàn)太極拳表演、刀術(shù)表演、騰空行走等復雜運動，同時也開發(fā)了高仿真人形機器人。在仿人機器人乒乓球?qū)Υ?、人機器人乒乓球?qū)Υ蜓芯恐?，北京理工大學、中國科學院自動化研究所、浙江大學等單位開發(fā)了乒乓球的高速識別與軌跡預測、擊球策略與控制等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了多回合乒乓球?qū)Υ颉?/p>

麥肯錫全球資深董事合伙人卡雷爾·艾露特則認為，中國機器人企業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是產(chǎn)品大多集中在低端市場，對于生產(chǎn)比較復雜的機器人有時候顯得力不從心。此外，中國只持有不到1%的工業(yè)機器人專利，該領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)相對匱乏。

但我們有理由相信，隨著國家對AI技術(shù)的支持，不久的將來，上述問題會得到解決。