最新的仿生救災機器人

編譯李忠東

最新的仿生救災機器人

編譯李忠東

仿生救災機器人是模仿生物、從事生物特點工作的機器人，在救災中大有用武之地。當地震、礦難和火災等災難發(fā)生后，在廢墟中搜尋幸存者，盡快救出被困者并給予必要的醫(yī)療救助，是救援人員面臨的緊迫任務。實際經驗表明，超過48小時后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來越低。一些大面積的倒塌建筑，可以借助機械挖掘搜索。而廢墟中形成的狹小空間，使救援人員甚至救援犬也無法進入，就需要仿生機器人來完成搜救。它們負重能力極強，能夠攜帶多種傳感器，根據救援現場的聲音和溫度等條件有效搜尋到遇難者。同時，由于其可以不斷通過電池補給的方式續(xù)電，大大提高了搜救的效率。

煤礦安全事故發(fā)生的原因極其復雜，并且存在突發(fā)性、災難性和破壞性的特點。在出現瓦斯爆炸和火災等災害事故后，不但會造成嚴重的經濟損失，同時還會造成重大的人員傷亡。由于災難現場情況復雜，救援人員自身安全得不到保證，這時只有依靠仿生機器人。在火災發(fā)生事故現場，救災機器人有較強的移動能力，能根據現場分析實際情況，自動攀爬樓梯，并利用傳感器向救援人員傳遞現場第一手資料，輔助現場指揮人員做出正確判斷。同時，它還具有消防功能，能自動噴水，有效滅火，在搶險中發(fā)揮巨大的作用。

1、“薩爾托”高26厘米重100克

災難現場充滿了不確定性和不可預知性，仿生救災機器人要在極其復雜的環(huán)境中完成任務，必須具備自主性、靈活性、實用性以及耐用性，因此加大了研發(fā)難度。為了發(fā)揮更大的作用，使救援更加方便，仿生救災機器人技術的發(fā)展需要融合人工智能技術、計算機技術、仿生學技術、遙感技術以及網絡技術。下面介紹的是兩款最新的仿生救災機器人。

“薩爾托”酷似夜猴 能蹬墻“跑酷”

在非洲，生活著一種名字叫著夜猴的小型靈長類動物。它是目前知道的在垂直起跳時敏捷性最強的動物，跳到的高度達1.74米，而用時僅0.74秒。起跳之前，這種猴子采用蹲伏姿態(tài)，把能量儲存在腿腱里，以確保跳到僅靠肌肉所達不到的高度。

美國加利福尼亞大學伯克利分校的鄧肯·霍爾丹等研究人員從夜猴的起跳方式受到啟發(fā)，設計出一種名叫“薩爾托”（SALTO）的機器人。它重100克，身體全部展開高26厘米。采用起跳開始時部分能量存儲于彈簧以供后半程釋放的單腿起跳機制，并由馬達驅動。測試顯示，“薩爾托”能垂直起跳至1米的高度，用時0.58秒。

2、從夜猴的起跳方式受到啟發(fā)

1、“陶博”的模樣像蝗蟲，擁有驚人的跳躍能力

2、準確完成偵察任務

“雖然‘薩爾托’的彈跳能力比夜猴梢遜一籌，但比其他任何一款機器人的垂直起跳敏捷性都要高?！被魻柕け硎?，“由于個子小巧，跳躍敏捷，它有望在地震、礦難和火災或建筑倒塌等情況下迅速穿越廢墟，利用所裝備的傳感器來探測被困人員，執(zhí)行救援任務?！?/p>

特別值得一提的是，這種設計方式還可以使“薩爾托”完成一種“跑酷”動作。就像許多年輕人喜歡的這項運動一樣，從地面上起跳后，借助腳蹬墻的反作用力第二次起跳，用一個很瀟灑的動作達到更高的高度。使用“跑酷”動作，“薩爾托”能夠跳到1.21米高。

霍爾丹在美國《科學》雜志子刊《科學-機器人》剛剛出版的創(chuàng)刊號上介紹說，“薩爾托”并不是單次起跳高度最高的機器人，像一種叫TAUB的機器人單次起跳能跳到3.2米的高度。它確實跳得高，但起跳前卻要先在地面上準備幾分鐘。而“薩爾托”卻技藝高超，可以在地面上連續(xù)多次垂直起跳，跳得又快又高。

“陶博”模仿蝗蟲 跳躍能力驚人

人們對蝗蟲沒有什么好印象，畢竟它一直以來扮演的都不是什么好角色，歷史上曾經多次給人類帶來災難。在科幻片《蝗恐之災》中，蝗蟲演繹出了駭人的殺手天性。然而這并不妨礙科學家們從它們身上尋找靈感，從害蟲中挖掘出益處。由以色列特拉維夫大學生命科學學院動物學專業(yè)阿米爾·艾亞里教授，特拉維夫大學工程學員嘉柏·科莎博士和ORT Braude學院機械工程系尤里·本-哈南博士帶領的團隊在對蝗蟲進行研究之后，發(fā)現它的彈跳主要分為三個階段，首先是曲起后腿，然后在保持后腿彎曲的前提下逐漸張緊腿部肌肉，最后快速釋放曲起的后腿完成彈跳。他們完全解鎖了這個經過億萬年進化所形成的完美彈簧機構，并將其應用于自己的跳躍式機器人設計中。通過對這些過程的模仿，實現了驚人的跳躍能力。

研究人員并沒有試圖研發(fā)出蝗蟲精確的機械復制版，而是重點關注在一些蝗蟲非常成功的跳躍機制。他們應用3D打印技術開發(fā)出模樣像蝗蟲的“陶博”（TAUB）機器人。它全長12.7厘米，重量28克，用彈簧、小電池和微控制器以及一個用3D打印的ABS材質主體，腿部材料為硬炭棒?！疤詹蹦７禄认x的彈跳過程，由內置電池驅動。彎曲腿部時將其鎖定，能量聚集到達上限時，能夠產生巨大的爆發(fā)力，直沖上天，躍至水平距離1.4米，高度3.4米，驚人的跳躍能力超過了蝗蟲，真可謂“青出于藍而勝于藍”。研究人員計劃，在“陶博”現有的基礎上加上滑翔構造，以擴展其跳躍的范圍，執(zhí)行多個轉向跳躍，實現對其跳躍過程中更多的控制，降低著陸時的沖擊力。從擴大機器人的可能的應用領域，使其能夠在真實任務場景中具備更大的能力。

《生物靈感與仿生學》期刊發(fā)表了有關該項研究的論文，阿米爾·艾亞里教授在文中表示，從外觀上看，“陶博”（TAUB）機器人有點不修邊幅，但考慮到這只是第一代試驗產品，至少還是有點蝗蟲樣子。這個蝗蟲風格的仿生機器人將在地震、礦難和火災等災害發(fā)生后危險區(qū)域搜救時扮演重要的角色，能夠與操作人員之間產生良好的互補，在崎嶇地形快速準確地完成搜索、救援和偵察任務。□

（編譯自www.dailymail.co.uk；www.sciencedaily.com）

責任編輯 / 周 洋

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