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文章主題 : 知識→仿生機器人離我們越來越近 |
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仿生機器人離我們越來越近
對於「機器人」的概念，相信讀者也會是同樣的第一反應——人型的機器。可是記者在「2004IEEE機器人學與仿生學國際學術會議」上的所見所聞，改變了這種淺顯的認識。工業流水線上的粗壯有力、重複規定動作的機械設備可以叫做機器人，百姓家裡逗小孩子開心、讓老人解悶的智能狗也叫機器人。還有會場外面展示的小坦克狀的教學機器人。對於這些看得見、摸得著，甚至有朝一日可以帶回家的「機器人」，我們不禁慨歎，機器人離我們越來越近了。
「仿生」不只是模仿
本屆國際會議將主題定為「21世紀新的前沿：機器人學與仿生學」，目的在於促進這兩大重要技術領域的融合。對於這裡面的「仿生學」字眼，本屆大會的主席、中國科學院瀋陽自動化所研究員馬書根和廣瀨茂男的觀點是異曲同工。
他們認為，「仿生學」不能夠真正表現出英文中的Biomimetics的完整含義。「仿生學的概念應該非常廣，有的時候在外形和動作上將它借鑒過來。仿昆蟲機器人，因為它的體積小，像蜜蜂一樣，改變方向相當靈活，而體積較大的鳥類就沒有這麼方便了。我們要做的是從結構上、控制上、運動技能上仿生。」
另一方面，他們覺得中文的「仿生」只強調了「模仿」生物的結構和功能，而其在實踐中的範圍已經遠遠超出了這個界限，馬書根介紹：「比如說我們可以深入到生物的微小的細胞中，採用納米技術、控制技術以及其他如材料科學技術等，就有可能製造出有人的肌肉功能的手臂，其它的器官有可能依據需要製造出來。」
機器人是大雜燴？
馬書根教授認為，「機器人」的概念並沒有一個明確的定義，要想真正的發展這個相關多個領域、多個學科的綜合研究，專門開設一個「有名有姓」的「機器人學」是非常必要的。
這個觀點在記者隨後採訪的對象那裡得到了證實。這個人是日本東京工業大學的廣瀨茂男教授，仿生機器人領域的世界權威科學家。
「機器人給人的感覺就是一個大雜燴，有機械、電子、計算機、控制等學科，好像沒有什麼新東西，其實並非如此。機器手就完全可以用一些基礎理論做出來。但是帶有開拓性的東西做出來，就是機器人學。比如說在工業製造的流水線上，一個機器手只需要完成一個作業，焊接一個部位，擰一個螺絲等。但是仿生學機器人的用途和功能肯定要突破這個界限，能夠做更多的動作，完成更加複雜的任務。綜合素質得到提高，他的功能肯定更加完善了。」他說。
讓機器人照顧老人？
記者還是想要深入瞭解，這些形狀各異的仿生機器人究竟能對我們的生活產生什麼影響。廣瀨茂男換了個角度解釋道：「技術上可以實現，但是需要上不一定會有。做仿生學機器人，有相反的看法，認為這個東西不實用，比如說花費巨大精力做成一個可以為老人服務的機器人，但是出於人之常情，老人不需要一個冷冰冰的機器來照顧，而要一個有感情的人的照顧，因此不一定用得上。怎麼辦？仿生機器人目前來說最大的作用在於展示效果好，展示機器人的綜合素質，這些技巧、技術的融合很重要。可能現在做一個機器人沒有什麼用，但是我們把生物的運動機理、控制機制學會了，真正需要時就能使用的上，這就是一門科學。」
能搬桌子會跳舞
機器人技術是國家戰略高技術，在工業、航天、海洋、醫療和人類生活的各個方面都有廣泛的應用。
實際上，在機器人這個領域，我國的應用主要表現在工業化生產過程中。可是，我們在會議現場看到的並不只是工業機器人的新作，更多的是類似於蛇、蜘蛛的小型機器人，更有會跳舞的，能搬桌子、抬東西的人形機器人。
這就涉及到了另外兩個方面的需求，也是世界範圍內比較熱門的研究方向——防災救援和教育娛樂。
關於防災救援，蛇形機器人、蜘蛛機器人等就可以在災難事故現場，進行攀巖、滅火、鑽洞等人類不能進行或者會對救援人有潛在傷害的救助活動；而那個能搬桌子、抬東西的機器人，在某種程度上可以幫助人類尤其是老年人進行重體力的生活必要勞動。
「這就是社會需要，當我們的社會進入老齡化後，養老院和醫院的護士可能需要協助她們幫助老人行動的器械，而機器人則可以完成其中的某些動作；當自然災害降臨的時候，地震洪水等讓我們敬畏，可要是有了能夠深入危險中心的機器人，就能減少救援者面臨的危機。」馬書根補充說。
暫時不能批量生產
當問及這些機器人能否批量生產、何時能夠進入家庭時，廣瀨茂男解釋道，「一個機器人並不能完成所有人類需要它完成的事情，但就某一個應用目的製作而成的機器人倒是有很多已經成功進入百姓的生活，如日本的許多家庭都有能夠幫助老人和幼童進行便後清潔功能的職能化設施，蛇形探索機器人等也已經應用在了救災反恐活動中。」
這背後的邏輯是，仿生機器人要按照用戶的需要來做，不是做出來什麼用戶用什麼，不可能達到大批量生產的規模。將技術儲備好了，根據需要來做，就成功了。
馬書根舉例說：「燃料電池就是一個很好的例子，以前我國開發燃料電池技術的時候，很多人並不瞭解，在當時的資源條件下，燃料電池根本派不上用途，但是短短的十幾年之後隨著能源緊張，燃料電池十分搶手起來。機器人的前沿研究也是這樣的。」
所以，機器人學必將是超出人類需求之前探索的一門真正的前沿科學。
■原始新聞
「模仿生物的身體結構和功能，從事生物特點工作的仿生機器人，有望代替傳統的工業機器人，成為未來機器人領域的發展方向。」正在此間舉行的「2004IEEE機器人學與仿生學國際學術會議」上，與會的機器人學專家這樣表示。除了可以很好地滿足教育、娛樂等服務上的需要外，仿生機器人還在防恐反恐、防災救援等特種領域擁有廣泛用途。
■鏈接
機器蠍子：長約50厘米的機器蠍子與其他傳統的機器人不同，它沒有解決複雜問題的能力。機器蠍子幾乎完全依靠反射作用來解決行走問題。這就使得它能夠迅速對困擾它的任何事物做出反應，它的頭部有兩個超聲波傳感器。如果碰到高出它身高50%%的障礙物，它就會繞開。而且，如果左邊的傳感器探測到障礙物，它就會自動向右轉。
機械蟑螂：不只是蠍子，就連蟑螂也能給科學家提供設計的靈感，科學家們發現，蟑螂在高速運動時，每次只有三條腿著地，一邊兩條，一邊一條，循環反覆，根據這個原理，仿生學家製造出機械蟑螂，它不僅每秒能夠前進三米，而且平衡性非常好，能夠適應各種惡劣環境，不遠的將來，太空探索或排除地雷，就是它的用武之地。
機器梭子魚：麻省理工學院的機器梭子魚，是世界上第一個能夠自由游動的機器魚。它大部分是由玻璃纖維製成的，上覆一層鋼絲網，最外面是一層合成彈力纖維。尾部由彈簧狀的錐形玻璃纖維線圈製成，從而使這條機器梭子魚既堅固又靈活。一台伺服電動機為這條機器魚提供動力。
機器蛙：機器蛙腿的膝部裝有彈簧，能像青蛙那樣先彎起腿，再一躍而起。機器蛙在地球上一躍的最遠距離是2.4米；而在火星上，由於火星的重力大約為地球的1/3，機器蛙的跳遠成績則可遠達7.2米，接近人類的跳遠世界紀錄。因此它不會再像5年前的火星越野車那樣在一塊小石頭面前一籌莫展了。
機器蜘蛛：這是太空工程師從蜘蛛攀牆特技中得到靈感而創造出的。它安裝有一組天線模仿昆蟲觸角，當它邁動細長的腿時，這些觸角可探測地形和障礙。機器蜘蛛原形很小，直立高度僅18厘米，比人的手掌大不了多少。「蜘蛛俠」們不僅能攀爬太空越野車無法到達的火星陡坡地形，而且成本也經濟許多，這樣，一大批太空「蜘蛛俠」就會遍佈在火星大地的各個角落。
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