編譯李忠東

最新的仿生救災(zāi)機(jī)器人

編譯李忠東

仿生救災(zāi)機(jī)器人是模仿生物、從事生物特點(diǎn)工作的機(jī)器人，在救災(zāi)中大有用武之地。當(dāng)?shù)卣?、礦難和火災(zāi)等災(zāi)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(wù)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，超過(guò)48小時(shí)后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來(lái)越低。一些大面積的倒塌建筑，可以借助機(jī)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(wú)法進(jìn)入，就需要仿生機(jī)器人來(lái)完成搜救。它們負(fù)重能力極強(qiáng)，能夠攜帶多種傳感器，根據(jù)救援現(xiàn)場(chǎng)的聲音和溫度等條件有效搜尋到遇難者。同時(shí)，由于其可以不斷通過(guò)電池補(bǔ)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(fù)雜，并且存在突發(fā)性、災(zāi)難性和破壞性的特點(diǎn)。在出現(xiàn)瓦斯爆炸和火災(zāi)等災(zāi)害事故后，不但會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還會(huì)造成重大的人員傷亡。由于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，救援人員自身安全得不到保證，這時(shí)只有依靠仿生機(jī)器人。在火災(zāi)發(fā)生事故現(xiàn)場(chǎng)，救災(zāi)機(jī)器人有較強(qiáng)的移動(dòng)能力，能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析實(shí)際情況，自動(dòng)攀爬樓梯，并利用傳感器向救援人員傳遞現(xiàn)場(chǎng)第一手資料，輔助現(xiàn)場(chǎng)指揮人員做出正確判斷。同時(shí)，它還具有消防功能，能自動(dòng)噴水，有效滅火，在搶險(xiǎn)中發(fā)揮巨大的作用。

1、“薩爾托”高26厘米重100克

災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)充滿了不確定性和不可預(yù)知性，仿生救災(zāi)機(jī)器人要在極其復(fù)雜的環(huán)境中完成任務(wù)，必須具備自主性、靈活性、實(shí)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(zāi)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展需要融合人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿生學(xué)技術(shù)、遙感技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。下面介紹的是兩款最新的仿生救災(zāi)機(jī)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(zhǎng)類動(dòng)物。它是目前知道的在垂直起跳時(shí)敏捷性最強(qiáng)的動(dòng)物，跳到的高度達(dá)1.74米，而用時(shí)僅0.74秒。起跳之前，這種猴子采用蹲伏姿態(tài)，把能量?jī)?chǔ)存在腿腱里，以確保跳到僅靠肌肉所達(dá)不到的高度。

美國(guó)加利福尼亞大學(xué)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(shè)計(jì)出一種名叫“薩爾托”（SALTO）的機(jī)器人。它重100克，身體全部展開高26厘米。采用起跳開始時(shí)部分能量存儲(chǔ)于彈簧以供后半程釋放的單腿起跳機(jī)制，并由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。測(cè)試顯示，“薩爾托”能垂直起跳至1米的高度，用時(shí)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(zhǔn)確完成偵察任務(wù)

“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(jī)器人的垂直起跳敏捷性都要高。”霍爾丹表示，“由于個(gè)子小巧，跳躍敏捷，它有望在地震、礦難和火災(zāi)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(lái)探測(cè)被困人員，執(zhí)行救援任務(wù)?！?/p>

特別值得一提的是，這種設(shè)計(jì)方式還可以使“薩爾托”完成一種“跑酷”動(dòng)作。就像許多年輕人喜歡的這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)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(gè)很瀟灑的動(dòng)作達(dá)到更高的高度。使用“跑酷”動(dòng)作，“薩爾托”能夠跳到1.21米高。

霍爾丹在美國(guó)《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)-機(jī)器人》剛剛出版的創(chuàng)刊號(hào)上介紹說(shuō)，“薩爾托”并不是單次起跳高度最高的機(jī)器人，像一種叫TAUB的機(jī)器人單次起跳能跳到3.2米的高度。它確實(shí)跳得高，但起跳前卻要先在地面上準(zhǔn)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(duì)蝗蟲沒有什么好印象，畢竟它一直以來(lái)扮演的都不是什么好角色，歷史上曾經(jīng)多次給人類帶來(lái)災(zāi)難。在科幻片《蝗恐之災(zāi)》中，蝗蟲演繹出了駭人的殺手天性。然而這并不妨礙科學(xué)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(xué)生命科學(xué)學(xué)院動(dòng)物學(xué)專業(yè)阿米爾·艾亞里教授，特拉維夫大學(xué)工程學(xué)員嘉柏·科莎博士和ORT Braude學(xué)院機(jī)械工程系尤里·本-哈南博士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在對(duì)蝗蟲進(jìn)行研究之后，發(fā)現(xiàn)它的彈跳主要分為三個(gè)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(gè)經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年進(jìn)化所形成的完美彈簧機(jī)構(gòu)，并將其應(yīng)用于自己的跳躍式機(jī)器人設(shè)計(jì)中。通過(guò)對(duì)這些過(guò)程的模仿，實(shí)現(xiàn)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(jī)械復(fù)制版，而是重點(diǎn)關(guān)注在一些蝗蟲非常成功的跳躍機(jī)制。他們應(yīng)用3D打印技術(shù)開發(fā)出模樣像蝗蟲的“陶博”（TAUB）機(jī)器人。它全長(zhǎng)12.7厘米，重量28克，用彈簧、小電池和微控制器以及一個(gè)用3D打印的ABS材質(zhì)主體，腿部材料為硬炭棒?！疤詹蹦７禄认x的彈跳過(guò)程，由內(nèi)置電池驅(qū)動(dòng)。彎曲腿部時(shí)將其鎖定，能量聚集到達(dá)上限時(shí)，能夠產(chǎn)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(guò)了蝗蟲，真可謂“青出于藍(lán)而勝于藍(lán)”。研究人員計(jì)劃，在“陶博”現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加上滑翔構(gòu)造，以擴(kuò)展其跳躍的范圍，執(zhí)行多個(gè)轉(zhuǎn)向跳躍，實(shí)現(xiàn)對(duì)其跳躍過(guò)程中更多的控制，降低著陸時(shí)的沖擊力。從擴(kuò)大機(jī)器人的可能的應(yīng)用領(lǐng)域，使其能夠在真實(shí)任務(wù)場(chǎng)景中具備更大的能力。

《生物靈感與仿生學(xué)》期刊發(fā)表了有關(guān)該項(xiàng)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(jī)器人有點(diǎn)不修邊幅，但考慮到這只是第一代試驗(yàn)產(chǎn)品，至少還是有點(diǎn)蝗蟲樣子。這個(gè)蝗蟲風(fēng)格的仿生機(jī)器人將在地震、礦難和火災(zāi)等災(zāi)害發(fā)生后危險(xiǎn)區(qū)域搜救時(shí)扮演重要的角色，能夠與操作人員之間產(chǎn)生良好的互補(bǔ)，在崎嶇地形快速準(zhǔn)確地完成搜索、救援和偵察任務(wù)?！?/p>

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

責(zé)任編輯 / 周 洋

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