二、 研制開發(fā)機器人的新成果 (一)研發(fā)仿生機器人的新信息 1.開發(fā)模仿人類行為機器人的新進展 研制能夠自動與身邊物體互動的嬰兒機器人。2006年5月，外國媒體 報道，一個由瑞士、法國和意大利科學家共同組成的研究小組，創(chuàng)造出一 個“嬰兒機器人”，它能夠自動與身邊的物體互動，并通過不斷實踐學習使用這些物品的最佳方法。這一能力，使得這個機器人具有與人類嬰兒一樣發(fā)展運動技巧的能力。 “嬰兒機器人”的軀干上只有一個手臂，它用一對攝像機當眼睛，并有一個能抓東西的手。它具有用桌子上的物體進行物理實驗的內(nèi)在愿望，并能夠進行不同形式的互動，同時不斷從錯誤中總結(jié)經(jīng)驗教訓。例如，如果它沒能穩(wěn)穩(wěn)地抓住一個東西，它就會記住這個錯誤并在下一次嘗試不同的方式。目前，“嬰兒機器人”已經(jīng)學會掌握的一項能力，就是能將一只 瓶子在桌子上滾來滾去。???????????????????? 研究人員解釋說：“我們用從發(fā)展心理學家和神經(jīng)科學家那里學到的 知識，來進行這一研究。我們所做的與神經(jīng)科學家是相同的，只不過我們 是從工程的角度來做的。” “嬰兒機器人”的 “大腦”，實際上是一個由20臺計算機共同運行不同神經(jīng)系統(tǒng)的電腦組。一個軟件能夠模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)，并用同樣的方法進行學習，即通過建立和調(diào)整人造神經(jīng)元之間連接的力度進行學習。研究人員通過對神經(jīng)系統(tǒng)軟件的調(diào)節(jié)，以及對機器人學習行為的觀察，能夠測試不同的神經(jīng)科學模式。 2.開發(fā)模仿動物機器人的新進展 (1)研制傳感技術(shù)更加敏銳的“老鼠機器人”。2005年12月，國外媒 體報道，瑞士蘇黎世大學神經(jīng)生物學家米瑞姆·芬德領導的研究小組，研 制成一種新型的“老鼠機器人”，它能通過胡須區(qū)分不同界面的質(zhì)地，為 傳感技術(shù)打開一扇新的大門，使得傳感技術(shù)更加敏銳，為未來制造出能夠 在無光線且極其狹窄的空間中自動運轉(zhuǎn)的機器人提供了啟示。 芬德解釋說：“這就好像是當你在一間黑暗的屋子里走動時，伸出雙 手四處摸索以避免撞上東西一樣。” 芬德小組研制的機器人，直徑長8厘米，上面裝有兩排真正的老鼠胡 須，分別在機器人的兩邊。每根胡須尖上都粘著一個包著薄膜的麥克風。 當胡須從某個物體上掃過的時候，薄膜就會變形，從而傳出信號，該信號 經(jīng)放大后被記錄在電腦中。 在實驗中，老鼠機器人要在一個四面是墻的環(huán)境中摸索，感知周圍的 障礙物。當它與某個表面接觸時就會停下來，用胡須掃過其表面，然后將 數(shù)據(jù)記錄在自己的電腦中。如果需要的話，它還能夠重新調(diào)整自己的位置 再進行一次效果更好的“閱讀”。 不同的表面會產(chǎn)生不同的信號，引起不同的反應。當機器人接觸到一個光滑的表面，如金屬表面時，它就會在預置程序的指揮下稍稍退后，然 后再向前邁進并重新觸摸一遍。而當機器人遇到一個粗糙的表面，如砂紙 或是紙板表面，它就會以更快的速度后退。 實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種機器人在每四次試驗中有三次的判斷都是正確的，并能夠按照設定的程序行動。目前，芬德正在與蘇黎世大學的一個學院合作，嘗試為胡須傳感設備加裝視覺反饋功能。美國西北大學副教授米特拉·哈特曼說，盡管在此之前，也曾有人研制出過能夠通過胡須避開障礙物、沿墻前進并區(qū)分質(zhì)地的機器人，但芬德的機器人卻是首個能夠從任意角度和距離對不同的質(zhì)地進行區(qū)分的。他還說，這就跟動物一樣，在結(jié)合了其他傳感形式之后，機器人身上的胡須用處會更大。例如視覺可以用來確定一個物體的大致位置，而胡須則能夠幫助其判斷該物體表面的細節(jié)特質(zhì)。 (2)研制像昆蟲一樣飛行的微型機器人。2006年4月，國外媒體報道，瑞士聯(lián)邦理工學院克利斯托夫?茹弗里博士領導的研究小組研制出一個微型飛行機器人，重量只有10克，翼展為36厘米，能模仿昆蟲的飛行。他們還將進一步縮小飛行機器人的體積，最終將使它成為僅有一只蒼蠅大小。 茹弗里表示，許多人從昆蟲身上獲得靈感，但是迄今為止還沒有研制出類似昆蟲那樣，能在封閉房間里飛行的機器人。的確，在房間里幾乎所有的東西，如墻壁、角落、天花板、家具等物體，都會成為微型飛機的障礙物。為了及時發(fā)現(xiàn)這些障礙物，飛行機器人必須擁有很強的計算能力和大量傳感器，但是這些組成部分都會增加其重量。通常，重一些的飛行機器人為了保持在空中，需要比輕一些的飛行機器人飛行得更快才行。當然，同樣還會不可避免地遇到導航問題。 對昆蟲的研究表明，蒼蠅為了控制在空中的姿態(tài)，它會利用自己的復眼，同時通過雙翅目，即不發(fā)達的第二對翅膀，幫助它在飛行中頭朝下時不會發(fā)生翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。蒼蠅時常會沿直線飛行，發(fā)現(xiàn)障礙物時會一直飛到障礙物旁邊時，才突然改變90度并重新沿直線飛行。 研究小組把蒼蠅的這一飛行能力應用到自己研制的微型飛行機器人上：它利用2臺低分辨率微型攝像機模仿蒼蠅的視力，2臺攝像機分別安裝在每個翅膀上。微芯片大小的陀螺儀起著雙翅目第二對翅膀的作用。 在實驗過程中，這種微型飛行機器人在一間長寬各為7米的房間里試飛，房間墻壁被涂成垂直的黑白條紋，結(jié)果它自動飛行了近5分鐘。在此基礎上，瑞士科學家抓緊研制更小的飛行機器人，它的尺寸可與蒼蠅相比擬，并能自動調(diào)整自己的飛行高度。?? (3)開發(fā)出用于“臥底”的蟑螂機器人。2007年11月，瑞士、法國和比利時組成的一個國際研究小組在美國 《科學》雜志上發(fā)表研究報告稱，在實驗中把幾個作為“臥底”的蟑螂機器人，混入真蟑螂隊伍中，通過程序控制以假亂真的蟑螂機器人，能明顯影響整個蟑螂群體的決策，使它們的行為變得怪異。研究人員希望通過蟑螂機器人，來研究像蟑螂這樣成群出沒的動物如何進行“群體決策”。 蟑螂時常出沒在廚房和臥室，給人們帶來煩惱。它常躲在墻角旮旯里，出來后又爬行敏捷，難以消滅�，F(xiàn)在，人們不用愁了，科學家已著手在蟑螂隊伍中培養(yǎng)“臥底”�！芭P底”能夠影響和改變蟑螂的生活習性，引其出洞，以便剿殺。 法國的研究人員在分析研究蟑螂的行為后發(fā)現(xiàn)，蟑螂喜歡群體生活， 但沒有領袖，成員都很平等，而蟑螂常會跟隨同伴行動。因此，研究人員 認為，如果能在蟑螂隊伍中培養(yǎng)“臥底”，就可能把蟑螂帶出黑暗的角落。 這些蟑螂機器人外形上并不太像真蟑螂，但體積很小，和真蟑螂的個頭差不多。研究人員給機器人外表敷了一個涂層。這種涂層是由不同化合物混合制成的，與真蟑螂身體表面的化學組成成分十分類似。因此，機器人會發(fā)出一種蟑螂氣味，讓真蟑螂確信這是自己的同類。 機器人放入真蟑螂群體后，很快就與真蟑螂“打成一片”。機器人開始參與到群體決策過程中，并顯示出“影響力”。比如，蟑螂喜歡黑暗、成群活動，它們的活動決策由兩個因素決定：那個地方有多黑、同伴們是否都去那兒。當面對明暗不同的兩個藏身地點時，被研究人員編程的幾個蟑螂機器人，選擇了亮一些的去處。盡管行為稍顯異常，但機器人卻成了“帶頭大哥”，整個蟑螂群也跟著一起前往。 科研小組在報告中寫道，這說明機器人的確可以改變動物的群體習 性。他們希望這項實驗和其他動物機器人研究，能夠有助于理解動物行為 及群體決策過程等。 研究人員認為，蟑螂機器人的成功研制及運用，將使人類在控制動物方面取得突破性進展。該項目負責人說：人類利用 “內(nèi)奸”控制動物，其實是非常古老的方法，獵人和漁民都是這方面的老手。不同的是，現(xiàn)在研究的是混入動物并與其溝通的機器動物。 不過，蟑螂似乎頭腦稍微簡單了些，對于和自己大小、氣味差不多的東西都能欣然接受。專家指出，研制蟑螂機器人只是第一步，科學家還將研制防止羊群集體跳崖、鼓勵雞做運動的各種機器人�？茖W家們要想打入一群更高等的動物內(nèi)部，可能就得想辦法研制出更精密、更逼真的機 器人。 (4)研制出一條輕易混跡于魚群中的機器魚。如果一個機器人混于魚 群里，它如何跟魚進行交流、彼此之間會有什么樣的反應呢？2017年11 月，有關報道稱，為探索這個問題的答案，瑞士科學家組成的研究小組研 發(fā)了一條機器魚，它可以模擬斑馬魚混跡在魚群之中。設計機器魚之前，研究人員深入研究了斑馬魚的生理特征，比如形狀、顏色、紋理等。他們還研究了魚的行動，如加速度、線速度、魚的振動和動作及尾巴移動的規(guī)律。研究人員說，通過在動物身上尋找靈感，讓機器人與動物交流，既可了解生物，也可了解機器人。 研究人員把機器魚放進水族館，讓它與5個不同的魚群交流。事實證明，機器魚模擬真魚是成功的，魚群輕易就讓機器魚加入它們，沒有什么問題。機器魚還可以引導魚群改變前進的方向。據(jù)研究人員介紹，魚是相當復雜的動物。如果機器動物想混進昆蟲群落，機器只需要噴出費洛蒙 (昆蟲分泌以刺激同種昆蟲的化合物質(zhì))就行了。如果想把機器動物放進脊椎動物群，難度要大很多，無論是外觀、移動還是振動方式都存在不小難度。 (二)研發(fā)應用型機器人的新信息 1.研制服務機器人的新進展 計劃開發(fā)能記住人名的料理家務機器人。2013年1月，外國媒體報道，瑞士蘇黎世大學人工智能實驗室一個項目小組計劃用9個月時間創(chuàng)造出一個小男孩模樣的機器人，它的骨骼和肌肉組織與人類相似，能夠記住人名和幫忙料理家務。 據(jù)報道，該機器人的身高將約1.2米，由骨骼和覆蓋柔軟皮膚的人工肌腱組成，目前尚不確定該機器人的具體相貌。研究人員表示，它應成為首個能夠協(xié)助老年人日常生活的機器人助手。該項目負責人認為：“歐美人口老齡化趨勢促使我們思考，如何保障老人的自主生活，以及盡可能地幫助他們料理家務。我們認為，建造機器人助手，或成為未來解決這一問 題的方案之一�！� 2.研制檢修機器人的新進展 發(fā)明可檢查下水道等區(qū)域的四足機器人。2018年12月，國外媒體報 道，瑞士聯(lián)邦理工學院一個機器人研究小組研制出一款四足機器人，將其 取名為 ANYmal，這個名字在發(fā)音上酷似animal(動物)，其主要功用是代替工人對下水道進行檢查。 幾乎所有的城市都有著龐大的地下基礎設施，這些設施通常只能由專業(yè)檢查員進行檢查。這是一項危險而煩瑣的工作，對于工作人員來說，諸如下水道等地，不僅空間狹窄難以進行檢查和維修等工作，而且黑暗潮濕的環(huán)境也加劇了工作的危險程度。如果能夠利用機器人對這些地方進行檢 查，工作效率將大大提高。 這款機器人能夠進入人類無法進入的區(qū)域，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，它可以把圖片和數(shù)據(jù)等信息反饋給地面上的工作人員，工作人員可以做到點對點的精準檢查。盡管下水道缺乏光線，但該機器人配備的傳感器，使其能以輕松的步伐穿過淺水道，同時對下水道區(qū)域進行檢查。 除此之外，這款機器人還可做很多事情。它不僅可自主行走，還具有視覺、聽覺和觸覺等感官能力。例如，它能夠讀取機器上的氣壓顯示，識別聲音和識別物體，確定滅火器是否在正確的位置。機器人甚至可以自己 執(zhí)行某些手動任務。它配有一個額外的夾臂，可以打開門、處理垃圾或按 下電梯按鈕。它可以識別環(huán)境溫度并檢測空氣中是否存在異常氣體。 目前，這款機器人處于測試階段，研究人員也正在對它進行改進，希 望能盡早把它應用到實際需要的領域。 (三)研發(fā)機器人的其他新信息 1.開發(fā)柔性機器人的新進展 (1)研制能在體內(nèi)“游泳”的柔性微型機器人。2019年1月，由瑞士 蘇黎世聯(lián)邦理工學院布拉德利·內(nèi)爾松主持，洛桑聯(lián)邦理工學院塞爾曼·薩卡爾及英國劍橋大學同行參與的研究團隊，在《科學進展》雜志上發(fā)表 研究報告稱，他們開發(fā)出一款柔性微型機器人。它像活體微生物一般，可在有液體的地方 “游泳”，未來有望通過血管把藥物送達體內(nèi)的病灶組織。 內(nèi)爾松說，自然界有許多隨環(huán)境變化而變形的微生物，他們由此受到啟發(fā)，開發(fā)了這款機器人。它由凝膠狀納米復合材料構(gòu)成，凝膠內(nèi)有磁性納米粒子，可被電磁場控制，也可以自行在體內(nèi)運動，不需要傳感器或制動器即可變形。 據(jù)悉，這款機器人可在有黏性或快速流動的液體中移動，并不會引起 身體的排斥反應。在通過狹窄的血管等曲折的系統(tǒng)時，它的速度、方向和 可控性都不受影響。薩卡爾介紹道，這款機器人長度約1毫米，借助其他 技術(shù)它還可以變得更小。他還說，這款機器人造價不高，目前研究團隊正 在改善其在人體體液內(nèi)的運動表現(xiàn)。 (2)著手開發(fā)可自我修復的柔性機器人。2019年8月9日，新華社報 道，瑞士與英國、比利時、法國、荷蘭等多國科學家組成的一個研究團隊 正在合作研發(fā)一種新型柔性機器人，它無須人類幫助就可實現(xiàn)自我檢測和 臨時修復，從而繼續(xù)開展工作。 這一項目目前已獲得歐盟委員會的資助，預計耗資300萬歐元。研究 人員介紹說，自我修復材料未來可應用于不同類型的機器人，包括模塊化 機器人、教育機器人及進化型機器人等，都有很好的應用前景。報道稱， 研究團隊將利用機器學習技術(shù)來對這些材料建模和整合，開發(fā)出具有自我 修復能力的傳感器和驅(qū)動裝置，最終目標是把它們與機器人平臺結(jié)合，以 便開展一些特定任務。 2. 實施機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新計劃 啟動信息共享的機器人地球計劃。2011年2月9日，英國廣播公司報 道，由瑞士聯(lián)邦理工學院馬克斯·魏貝爾等35名歐洲科學家組成的研究團 隊啟動了機器人地球計劃，試圖讓機器人共享信息并存儲它們的發(fā)現(xiàn)。這 意味著機器人很快將擁有自己的互聯(lián)網(wǎng)和維基百科。屆時，當機器人執(zhí)行 任務時，它們能下載數(shù)據(jù)，并尋求其他機器人的幫助，更快地在新環(huán)境下 工作。執(zhí)行該計劃的研究人員希望，該研究能通過給機器人裝備人類創(chuàng)造 出來的、不斷豐富的知識庫，讓機器人更快地為人類服務。 魏貝爾表示，機器人地球的指導思想是研發(fā)出一種可行的方法，能夠幫助機器人編碼、交換信息，以及對知識進行再利用等。他說，現(xiàn)在大多數(shù)機器人都用自己的方式來看待周圍的世界，幾乎沒有統(tǒng)一的標準；而大部分機器人學家也都讓機器人用自己研發(fā)的方式來積累數(shù)據(jù)。這就讓機器人學家很難共享知識或在某個領域取得重大突破，因為每個機器人學家都在解決同樣的問題。 與現(xiàn)有狀況不同，機器人地球項目希望能夠定義機器人積累的信息，以便讓所有機器人能發(fā)現(xiàn)并使用這些信息。魏貝爾介紹到，機器人地球既是一個通信系統(tǒng)，也是一個數(shù)據(jù)庫。在這個數(shù)據(jù)庫中，將會有機器人工作地點的地圖信息、機器人遇到物體的描述，以及如何完成不同的行為的指令。 研究人員表示，該項目為期4年�，F(xiàn)在，初期工作已取得一些階段性的成果，例如他們已研發(fā)出一種方式：讓機器人可以下載要完成的任務并執(zhí)行該任務；機器人也可以將修改后的位置地圖上傳到該數(shù)據(jù)庫中供其他機器人分享。魏貝爾說：“機器人對人類的重要性與日俱增，諸如機器人地球這樣的系統(tǒng)必不可少�！睓C器人地球也有望成為日益龐大的服務型和家居型機器人的助手，未來10年內(nèi)，服務型和家居型機器人可能會“飛入尋常百姓家”。