頂尖學(xué)術(shù)期刊評選年度十大機器人技術(shù)：柔性生長機器人、3D打印液晶彈性體

近日，《Science Robotics》確定了10大振奮人心的機器人發(fā)展和技術(shù)，涵蓋從可能改變機器人未來的原始研究到使基礎(chǔ)科學(xué)成為可能并推動工業(yè)和醫(yī)療創(chuàng)新的商業(yè)產(chǎn)品。

1. 波士頓動力公司的Atlas
Atlas身高1.5米，體重75公斤，他的表現(xiàn)一直讓外界感到驚訝，他一邊慢跑一邊用一條腿邁著大步跳過一根原木，還可以一步一跳爬臺階。此外還訓(xùn)練了在具挑戰(zhàn)性地形上行走、在受到干擾時保持平衡、站立、舉起和操縱物體以及像體操運動員一樣做后空翻的能力。Marc Raibert的波士頓動力團隊仍然是機器人平衡和推進的領(lǐng)軍者。Raibert觀察到“該機械系統(tǒng)有自己的思想，受物理結(jié)構(gòu)和物理定律的支配�！盇tlas使用它的視覺系統(tǒng)調(diào)整自己，并測量跑酷障礙的距離。盡管Raibert承認并非所有的實驗都能成功掌握，但他希望這些演示能啟發(fā)人們在不久的將來機器人的功能。

2. 直覺外科的達芬奇SP平臺
機器人手術(shù)是近年來最重要的外科創(chuàng)新之一，像根治性前列腺切除術(shù)這樣的手術(shù)越來越多地使用機器人進行，這意味著將帶來很多好處。越來越多的機器人平臺正在出現(xiàn)，臨床應(yīng)用的增加取決于成本效益和臨床可獲得性障礙等問題是否會得到進一步解決。達芬奇(da Vinci)是一個早期的先驅(qū)者和全球市場的領(lǐng)導(dǎo)者，直覺外科(Intuitive Surgical)繼續(xù)推動著外科機器人的發(fā)展。通過一個2.5厘米的套管和小切口，新推出的達芬奇單端口系統(tǒng)允許外科醫(yī)生控制三個全腕、肘形器械，并結(jié)合一個關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡來治療深層病變。

3. 會生長的導(dǎo)航柔性機器人
研究人員開發(fā)出一種全新的仿藤機器人，能夠在不移動整個身體的情況下，長距離生長，并能蛇形蜿蜒。研究人員表示之所以研發(fā)出柔性機器人是受到自然的啟示。生物具有生長的特性，無論是藤蔓、真菌還是人腦內(nèi)的神經(jīng)細胞，都能通過軟性延展來覆蓋距離，那么仿生裝置應(yīng)該也可以。這種柔性機器人設(shè)計允許在復(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器人中進行導(dǎo)航。

4. 開發(fā)出制作柔性機器人的3D打印液晶彈性體
機器人技術(shù)面臨的重大挑戰(zhàn)之一是探索新的材料和制造方案，從而開發(fā)高效、多功能和兼容的驅(qū)動器。2018年，在這個新興的研究領(lǐng)域，不同學(xué)科有了許多新的發(fā)展。此前已有使用過多種形狀變形的液晶彈性體執(zhí)行器的例子，但該發(fā)表的論文展示了如何用3D打印的方法來制作彈性體，這種方法是使用具有空間編程向列順序的高溫直接書寫墨水。該技術(shù)為開發(fā)軟機器人提供了最具前景的材料。

5. 仿肌肉、自愈、液壓放大致動器
Peano-HASEL提供透明且自我感知的柔性致動器，可控線性收縮率高達10%，應(yīng)變率為每秒900%，以50 Hz驅(qū)動。致動器使用靜電和液壓原理，在施加電壓時提供線性收縮，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，該致動器能夠提升起其重量200倍以上的物體。

6. 讓DNA自組裝成納米機器人
在英國《自然》雜志上其封面刊登了一張?zhí)貏e的美洲地圖的放大版。這張地圖的比例是1比200萬億，從美國洛杉磯到紐約只有幾十分之一納米，500億份該地圖才相當于一滴水的大小。這種技術(shù)被稱為DNA折紙術(shù)。重組和模塊化的三維DNA組件有著互補的形狀，能很容易扣在一起，而不是像拉鏈似的拉在一起的堿基對。這不但能造出會動的納米機器，而且提供了一種工具包，使研究人員對模塊自行組裝編程更加容易。這些納米級機器人系統(tǒng)可以并行使用，用于分子或納米顆粒的電驅(qū)動傳輸。這些納米機器人還能夠自下而上地進行可編程的材料合成和裝配。其靜止狀態(tài)也可用作分子機械記憶。

7. DelFly靈活的仿生機器人撲翼器
許多受生物啟發(fā)的機器人具有雙重用途，即開發(fā)具有實際應(yīng)用的先進技術(shù)并揭示自然界用來構(gòu)建和編程生物的原理。在這里，我們看到了一款卓越、無尾、無繩、自動、可編程、小型(28 g)撲翼飛行器的設(shè)計，具有出色的靈活性，能夠進行360°側(cè)傾和俯仰翻轉(zhuǎn)，角加速度高達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翼形態(tài)或運動學(xué)，但機器人可以作為一種新的物理模型來測試飛行生物如何進行飛行控制。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)果蠅的快速逃脫動作。這一研究進展，有望讓 DelFly 這樣的撲翼式 MAV 取代傳統(tǒng)的多旋翼飛行器。因為它的重量更輕、能量使用效率更高，且撲翼的機械結(jié)構(gòu)、比旋翼機的槳葉更加安全。

8. 柔性可穿戴機器人
當談到日常穿著外骨骼時，大多數(shù)人不想像鋼鐵俠。一款輕便、有彈性的外套提供了整合面料設(shè)計、傳感、機器人控制和驅(qū)動的新方法，可以增加穿戴者的力量、平衡和耐力。潛在的應(yīng)用包括幫助老年人增強肌肉力量，支持他們的靈活性和獨立性，以及幫助因中風(fēng)、多發(fā)性硬化癥或帕金森氏癥而有運動障礙的兒童和成人康復(fù)。

9. Universal Robots e系列協(xié)同機器人
從研究實驗室到組裝線，從物流到外科手術(shù)指導(dǎo)，UR機器人手臂正變得無處不在，盡管它們外表不起眼。該公司正在圍繞其核心產(chǎn)品開發(fā)一個生態(tài)系統(tǒng)，其2018年推出的e系列協(xié)同機器人順應(yīng)了協(xié)同自動化的總體趨勢，并從實踐演示而非專業(yè)編程中學(xué)習(xí)。通過增強的安全特性和力/扭矩感知，我們期望在各種環(huán)境中看到更多的智能人機交互，在這些環(huán)境中，機器人可以無縫地學(xué)習(xí)并與人類操作員協(xié)作。

10. 索尼的aibo玩具狗
aibo是索尼公司在近20年前首次推出的玩具狗，它的回歸受到了很多人的歡迎，這不僅僅是因為它的新外觀、語音理解能力的增強以及向主人學(xué)習(xí)的能力的提高。此外，隨著索尼公司對機器人在兒童學(xué)習(xí)過程中或作為老年人(尤其是患有神經(jīng)衰退性疾病的老年人)的伴侶所能發(fā)揮的作用認識的加深，該機器人也得到了開發(fā)。理解機器人周圍人的感知、交互和期望，開發(fā)具有上下文感知(不依賴于預(yù)先編寫好的程序，具有個性化和適應(yīng)性)的機器人行為和個性，是社會機器人領(lǐng)域的有趣話題。

來源：前瞻網(wǎng)

未來會是機器人的世界嗎？