馳騁天地的仿生機器人
盡管人類已經借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(huán)境仍然是人類的禁區(qū)。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。
那么，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，并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(fā)展，尤其是在機器人行業(yè)，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(fā)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于試驗階段，但這種探索將是未來各種行業(yè)應用必須走出的一步。
1. 翻滾機器人
德國自動化技術廠商推出了一款仿生翻滾機器人。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。
由于模仿了這一運動模式。在一些復雜的地形中，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。
2."特工"機械魚
瑞士理工學院的研究人員發(fā)明了一種微型機器魚，可以與斑馬魚魚群一起游泳。該機器魚長7厘米，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(jié)奏，魚群規(guī)模以及個體游泳距離等。
通過與斑馬魚群共同游泳，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，并改善其游泳機制。
3.外骨骼機器手臂
美國機器人公司最初開發(fā)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的兩只機械手臂有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(tǒng)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，并救尋傷者。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。
4.3D打印仿真機器鳥
在機場上空，鳥類對飛機起飛和降落都構成了很大的威脅。
荷蘭公司通過3D打印制造出兩種鳥形機器人（機器老鷹和機器游隼），可以在不借助潛在有害網狀物或噪音發(fā)射裝置的情況下有效地嚇跑較小的鳥類。
機器游隼身長58cm，翅展長度120cm，機器老鷹則比機器游隼大了一倍。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。
5.清理太空垃圾的機器人
對于宇航員、太空飛船而言，遺留在太空中的垃圾是非常大的威脅。斯坦福大學和美國宇航局噴氣推進實驗室的研究團隊聯(lián)手設計了一款能夠抓取并處理太空垃圾的機械裝置。
研究團隊開發(fā)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(fā)。
6.六足機器蜘蛛
中國機器人公司設計了一種消費級全地形六足機器人，配備了紅外和激光傳感器、攝像頭、圖像視覺、三軸平衡、Wi-Fi以及雙核ARM 9處理器等，并支持無線充電。
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。它采用Linux操作系統(tǒng)，并開放了各種軟件接口。開發(fā)者可以自行編寫機器人應用，讓其完成各種復雜任務。普通用戶也可以通過模擬器進行動作設計。
7.蝠鲼機器人
新加坡國立大學的科學家研發(fā)了一種會游泳的機器人，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(xù)游動10小時。
通過模仿蝠鲼，該機器人可以快速游動。不同于使用螺旋槳的海底無人機，它幾乎沒有聲音，可以減少對海洋生物的干擾， 也可以用于檢查海底基礎設施，以及檢測人類無法達到區(qū)域的環(huán)境污染狀況。
8.機器人蟑螂
哈佛大學微型機器人實驗室推出了系列四足機器人，最新款機器人只有4.5cm大小，行動速度可以達到17.2cm/s。
該機器人可以大幅度轉動并高速運轉、爬升、攜帶有效載荷，并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(jié)一樣緊密相連，使其能夠騰空而起，甚至能雙腳騰空保持穩(wěn)定。
9.機器魚
麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室的研究人員開發(fā)了一款軟體機器魚。
機器魚的背部和尾部由硅膠和柔性塑料制成，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游動。它的頭部由3D打印而成，并配備了魚眼鏡頭，可以捕捉水下其他魚類的高分辨率照片和錄像。
10.軟體章魚機器人
意大利圣安娜高等學院的一教授是軟體機器人領域的領導者。她開發(fā)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并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于制造業(yè)，其機械臂非常適合于重復性的、需要精確度的工作。
11.配備生物視覺傳感器的機器人
傳統(tǒng)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(fā)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(fā)而發(fā)明的相機被稱為“基于事件的相機”，采用生物視覺傳感器，可輸出像素級亮度變化，而不是標準強度幀。有了它，無人機就能夠輕松應對高速運動，以及接近黑暗的環(huán)境。
那么，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，并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(fā)展，尤其是在機器人行業(yè)，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(fā)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于試驗階段，但這種探索將是未來各種行業(yè)應用必須走出的一步。
1. 翻滾機器人
德國自動化技術廠商推出了一款仿生翻滾機器人。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。
由于模仿了這一運動模式。在一些復雜的地形中，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。
2."特工"機械魚
瑞士理工學院的研究人員發(fā)明了一種微型機器魚，可以與斑馬魚魚群一起游泳。該機器魚長7厘米，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(jié)奏，魚群規(guī)模以及個體游泳距離等。
通過與斑馬魚群共同游泳，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，并改善其游泳機制。
3.外骨骼機器手臂
美國機器人公司最初開發(fā)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的兩只機械手臂有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(tǒng)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，并救尋傷者。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。
4.3D打印仿真機器鳥
在機場上空，鳥類對飛機起飛和降落都構成了很大的威脅。
荷蘭公司通過3D打印制造出兩種鳥形機器人（機器老鷹和機器游隼），可以在不借助潛在有害網狀物或噪音發(fā)射裝置的情況下有效地嚇跑較小的鳥類。
機器游隼身長58cm，翅展長度120cm，機器老鷹則比機器游隼大了一倍。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。
5.清理太空垃圾的機器人
對于宇航員、太空飛船而言，遺留在太空中的垃圾是非常大的威脅。斯坦福大學和美國宇航局噴氣推進實驗室的研究團隊聯(lián)手設計了一款能夠抓取并處理太空垃圾的機械裝置。
研究團隊開發(fā)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(fā)。
6.六足機器蜘蛛
中國機器人公司設計了一種消費級全地形六足機器人，配備了紅外和激光傳感器、攝像頭、圖像視覺、三軸平衡、Wi-Fi以及雙核ARM 9處理器等，并支持無線充電。
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。它采用Linux操作系統(tǒng)，并開放了各種軟件接口。開發(fā)者可以自行編寫機器人應用，讓其完成各種復雜任務。普通用戶也可以通過模擬器進行動作設計。
7.蝠鲼機器人
新加坡國立大學的科學家研發(fā)了一種會游泳的機器人，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(xù)游動10小時。
通過模仿蝠鲼，該機器人可以快速游動。不同于使用螺旋槳的海底無人機，它幾乎沒有聲音，可以減少對海洋生物的干擾， 也可以用于檢查海底基礎設施，以及檢測人類無法達到區(qū)域的環(huán)境污染狀況。
8.機器人蟑螂
哈佛大學微型機器人實驗室推出了系列四足機器人，最新款機器人只有4.5cm大小，行動速度可以達到17.2cm/s。
該機器人可以大幅度轉動并高速運轉、爬升、攜帶有效載荷，并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(jié)一樣緊密相連，使其能夠騰空而起，甚至能雙腳騰空保持穩(wěn)定。
9.機器魚
麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室的研究人員開發(fā)了一款軟體機器魚。
機器魚的背部和尾部由硅膠和柔性塑料制成，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游動。它的頭部由3D打印而成，并配備了魚眼鏡頭，可以捕捉水下其他魚類的高分辨率照片和錄像。
10.軟體章魚機器人
意大利圣安娜高等學院的一教授是軟體機器人領域的領導者。她開發(fā)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并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于制造業(yè)，其機械臂非常適合于重復性的、需要精確度的工作。
11.配備生物視覺傳感器的機器人
傳統(tǒng)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(fā)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(fā)而發(fā)明的相機被稱為“基于事件的相機”，采用生物視覺傳感器，可輸出像素級亮度變化，而不是標準強度幀。有了它，無人機就能夠輕松應對高速運動，以及接近黑暗的環(huán)境。
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