世界上最酷的工作:研发各式机器人及用例

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据Science News for Students报道,每当提及机器人的时候 ,你原困分析会想到《机器人总动员》(Wall-E)中的机器,它的设计是为了完成有些无聊的任务,比如压缩垃圾。但如今的工程师们正在制造能做更多有趣工作的机器人,比如蛇形机器人将来才能在地震后寻找受害者,原困分析帮助医生进行手术。水下机器人大伙 说才能带领鱼类远离环境灾难,人形机器人才能帮助患有疾病或身体残疾的人。

为几个机器人编程并制造它们是非常吸引人的工作。有些研究人员对实验室中的机器进行修补,并编写计算机软件来控制它们。美国卡内基梅隆大学的豪维·乔塞特(Howie Choset)说:“它们是市面上最好的玩具。”乔塞特是个机器人专家,主要从事机器人设计、编程以及制造工作。

神奇的蛇形机器人

当乔塞特还是个孩子的时候 ,他对任何能移动的东西都感兴趣——汽车、火车、动物。他把马达装入 小玩具汽车上,以让它们移动。只是,在高中时,他制造了类式于小型汽车的移动机器人。

为了继续从事机器人研究工作,乔塞特在大学里学习计算机科学。但当他在帕萨迪纳的加州理工学院读研究生时,乔塞特发现同事们正在研究比遥控汽车更酷的东西——机器蛇。有些机器人只有向前、向后或左右移动。为何让蛇形机器人才能扭曲着前往不同的方向,为何让才能在有些不同的地形上前行。乔塞特总结道:“机器蛇比汽车有趣得多。”

▲图1:乔塞特及其团队研发的机器蛇,它可向不同的方向扭曲前行。几个蛇形机器人才能滚动向前,慢慢地爬上某人的腿,甚至有的是游泳

开始英文 在卡内基梅隆大学工作后,乔塞特和同事们开始英文 开发大伙 买车人的蛇形机器人。典型的蛇形机器人由金属容器互相连接起来的,每个每种都由马达和电子部件在后边。乔塞特的团队给蛇形机器人编程,让它像真正的蛇那样移动,比如滑行和缓慢前进。你这名 机器人也会以不属于蛇的办法移动,比如滚动。乔塞特的蛇形机器人才能爬过草地,在池塘里游泳,甚至爬上旗杆。

几个机器人还有另外那我特点:它们才能在狭小的空间中机动。乔塞特说:“蛇才能进入大伙 无法到达的地方,为何让你这名 机器人也才能被用于挽救生命。”举例来说,在地震居于时候 ,蛇形机器人大伙 说才能帮助大伙 发现被困在倒塌建筑物中的人。对于救援人员来说,搜查几个建筑物是非常危险和困难的。为何让,在配备了摄像头的蛇形机器人的帮助下,救援人员才能在废墟的安全距离外搜寻幸存者。在搜救人员的帮助下,乔塞特在德克萨斯州名为“灾难之城”的救援人员培训基地测试了他的机器人。

为何让乔塞特想知道,他的蛇形机器人否有在医学上有的是用。对于有些心脏手术来说,医生才能 打开病人的胸部,切开胸骨。而几个手术的恢复是非常痛苦的。原困分析医生才能通过在身体上开个小缝并发送细长的机器蛇来完成手术,结果会如保?乔塞特团队目前正与哈佛医学院的心脏外科医生马可·泽纳迪(Marco Zenati)媒体商务合作研究你这名 想法。

泽纳迪在胸部的塑料模型上练习使用机器人,为何让在猪身上测试机器人。他给猪注入麻醉剂,那我它们就不让有任何感觉。为何让,他在猪的胸腔下面挖了那我小缝,插入了200厘米长的蛇型机器人的“头”。利用操纵杆,泽纳迪让机器人移动到猪的心脏后部。为何让他通过机器人的身体将手术工具穿过,并用你这名 工具在动物的心脏上进行手术。波士顿一家叫石Medrobotics的公司现在正在为接受外科手术的患者调整该技术。

蛇形机器人甚至才能用来搜索古代文物。乔塞特正在探索将机器人送入埃及考古遗址的原困分析性,几个遗址以往太小或太过危险,大伙 无法进入。装有摄像头的蛇形机器人才能向科学家展示后边的东西,甚至原困分析找到人工制品。乔塞特表示:“即使在与团队媒体商务合作了15年时候 ,在观察大伙 的蛇形机器人运动时,我仍然不让感到厌倦。”

追随领导者

纽约大学理工学院的机械工程师莫里吉奥·波菲力(Maurizio Porfiri)也在制造类式动物的机器人。但他有不同的目标,即帮助真正的动物。波菲力的团队制造出家 看起来像鱼的机器人。几个研究人员希望大伙 的机器有足够的说服力,让真正的鱼才能接受机器鱼作为大伙 群体的一每种。那我,机器人就才能把鱼从危险的地方引开,比如漏油区域。

▲波菲力及其团队设计并制造了模仿鱼的机器人

波菲力始终对动物很感兴趣。在他的成长过程中,他最喜欢的活动之一统统我去动物园。但波菲力也喜欢在日本漫画中看了的机器人。统统当他开始英文 创建买车人的实验室时,决定将这那我兴趣结合起来。

科学家们原困分析知道,鱼类喜欢成群结队地游泳。鱼群的领导者会创造出家 尾迹,也统统我在它们转过身留下混乱的水域。原困分析在另一条鱼的尾流中游泳所消耗的能量比单独游泳要少得多,为何让有些鱼类会跟随领导者,并为何让形成鱼群。为了弄清楚鱼否有会接受机器人的领导,波菲力的团队首比较慢建造鱼形机器人。它灵活的尾巴才能来回摆动,推动机器人向前。波菲力解释说,为了让真正的动物与你这名 装置互动,鱼才能 看了些看起来像它们的东西,比如像它们一样游泳。

研究人员把鱼形机器人装入 实验室的水渠里,让机器鱼的尾巴以不同的带宽单位拍打水流。为何让大伙 加入了真正的鱼,比如金光鱼,并测量了金光鱼待在鱼形机器人周围的时间。大伙 还观察,这条鱼是在机器鱼前面还是后边游动。原困分析机器鱼的尾巴如此摆动,金光鱼就没为何注意它。为何让当机器鱼的尾巴以一定的带宽单位移动时,鱼就开始英文 跟在它后边游动。波菲力认为鱼会跟随机器人游动,原困分析那会让它们更节省能量。?

不过,并有的是所有的鱼都跟随机器鱼前进,波菲力的团队现在正试图找出原困。工程师们原困分析才能 使用几个不同的机器人,每个机器人吸引或排斥不同的鱼,以吸引尽原困分析多的追随者。

波菲力的团队还在研制一种生活生活机器人潜水艇,用来帮助圈养的动物。富含螺旋桨的潜艇会伤害动物。为何让,研究人员正在研制一种生活生活“安全”的潜艇,它的所有运动部件有的是后边。水族馆的训练人员才能使用机器人潜水艇与海豹或海象等动物玩耍。类式,驯兽师才能把食物附在潜艇上,让动物“捕食”,就像它们在野外捕食猎物一样。

有性格的机器人

当玛雅·玛塔里克(Maja Matari?)上高中时,她曾编写那我计算机应用程序,可与某人“交谈”。用户才能在计算机中输入消息,应用程序随有的是显示回复。现在,居于洛杉矶南加州大学的一名机器人专家正在领导名为“社会辅助机器人”的项目。几个设备才能说话、做手势,四处走动。

▲玛塔里克的团队正在设计一种生活生活机器人,才能帮助有沟通障碍的人练习社交技能

玛塔里克希望她的机器人帮助身患疾病或有身体残疾的人。类式,患有阿尔茨海默病的人会突然经常出现记忆和大脑功能问题报告 ,原困分析才能 心理练习的帮助。中风后试图恢复手臂功能的人,原困分析才能 鼓励来继续做有益的练习。那我,原困分析如此足够的人来提供所需的各种帮助,这就才能 “技术介入”。

在一项研究中,玛塔里克团队测试了机器人帮助中风患者的恢复情况。中风通常原困分析大脑中的血管破裂或血液凝结原困血液无法流向大脑所致,多量细胞在中风时死亡。所时候 来的每种身体(像手臂),原困分析变得脆弱或麻木。病人才能 不断地锻炼才能恢复功能。然而,几个练习原困分析是困难和不愉快的。

玛塔里克和她的同事为膝盖高的机器人编程,督促病人进行锻炼,为何让监测病人的运动。原困分析你这名 人主动地使用他或她的手臂,机器人就会给出鼓励言辞。研究小组在6名中风患者身上测试了你这名 机器人。当机器人在场时,病人往往会比如此提示的情况下更久地进行锻炼,并遵循指令。

接下来,研究人员测试了机器人的性格否有影响了大伙 对它的反应。机器人才能直接靠近患者,大声说话,并做出有力的陈述,比如“你能做到!”有些时候 ,研究人员会让机器人以更害羞的办法行动。在这段时间里,机器人与患者保持着一定距离,温柔地提出有些建议,比如“我知道这比较慢,但记住这是为了你好。”

在这项研究中,健康的成年人用大伙 较弱的手进行锻炼。几个任务与几个努力从中风中恢复过来的病人类式,比如移动铅笔或翻阅报纸。研究小组发现,当机器人的性格与买车人类式时,大伙 就会更久地练习大伙 的任务。

玛塔里克还在研究帮助患有自闭症儿童的机器人。患有几个疾病的儿童在与人交流和互动方面居于困难,玛塔里克希望机器人能帮助几个孩子练习社交技巧。机器人比人更有优势的地方在于,它不须感到疲倦、烦心或愤怒。

玛塔里克团队设计并编程了1米高的人形机器人Bandit,它才能制造噪音、四处移动以及吹泡泡。在一项研究中,研究人员观察了8个患有自闭症谱系障碍的儿童如保应对Bandit。有些孩子似乎喜欢你这名 装置,大伙 和机器人交谈,与它玩耍,并试图让机器跟着大伙 。有些孩子似乎对其感到不太舒服,大伙 说原困分析Bandit马达发出的声音。几个孩子远离机器人,靠近大伙 的父母或靠着墙待着。

玛塔里克团队正在致力于改善Bandit,以便机器人才能展示孩子好的反应或负面反应。类式,原困分析孩子躲在墙边,Bandit原困分析会退后,发出令人鼓舞的声音,原困分析干脆关掉马达。

玛塔里克、乔塞特以及波菲力统统我今天有些致力于机器人研发的工程师之一。玛塔里克表示:”无论你是想创造出家 探索海洋的机器人,还是到外太空旅行、帮助老人或执行医疗应用程序的机器人,大伙 在你这名 领域所能做的事情几乎如此任何限制。”