我國(guó)清華大學(xué)研發(fā)出微小型管道機(jī)器人

近日，清華大學(xué)研究人員研發(fā)了一種可在亞厘米級(jí)管道中高效運(yùn)動(dòng)的管道探測(cè)機(jī)器人。該成果以“用于亞厘米級(jí)管狀環(huán)境導(dǎo)航的管道檢測(cè)機(jī)器人”（A pipeline inspection robot for navigating tubular environments in the sub-centimeter scale）為題發(fā)表在著名期刊《科學(xué)·機(jī)器人》（Science Robotics）上。

據(jù)介紹，該款管道機(jī)器人重2.2 g，長(zhǎng) 47 mm，直徑小于10mm，可以適應(yīng)亞厘米直徑和變化曲率的復(fù)雜管道。該機(jī)器人采用高功率密度、長(zhǎng)壽命的介電彈性體致動(dòng)器作為人造肌肉，采用基于智能復(fù)合微結(jié)構(gòu)的高效錨固單元作為傳動(dòng)裝置，使用具有可調(diào)節(jié)數(shù)目的磁單元來(lái)快速組裝機(jī)器人，以適應(yīng)不同管道的復(fù)雜幾何形狀。研究人員通過(guò)考慮軟材料的獨(dú)特特性（如粘彈性和動(dòng)態(tài)共振）分析機(jī)器人的動(dòng)態(tài)特性，并相應(yīng)地調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓的頻率和相位，以?xún)?yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度。機(jī)器人由外部的纜線提供動(dòng)力，在管道中可實(shí)現(xiàn)水平和垂直快速運(yùn)動(dòng)，并且還能在不同幾何形狀的管道（變徑管、L 形管、S 形管、螺旋形管等）、不同的填充介質(zhì)（空氣、油等）和不同材質(zhì)（玻璃、金屬、碳纖維等）的管道中高速行進(jìn)。為驗(yàn)證其管道檢測(cè)能力，研發(fā)人員在機(jī)器人正面安裝了一個(gè)微型攝像頭，再?gòu)耐獠靠刂圃摍C(jī)器人，機(jī)器人以不同的速度成功完成了一組管道巡檢任務(wù)演示。

研發(fā)人員表示，該技術(shù)將來(lái)有望在航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路檢修等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

（來(lái)源：清華大學(xué)）

我國(guó)北京大學(xué)AI 研究獲進(jìn)展

日前，北京大學(xué)人工智能研究院朱松純教授團(tuán)隊(duì)取得了一項(xiàng)重大研究成果：構(gòu)建出一種機(jī)器實(shí)時(shí)理解人類(lèi)價(jià)值觀的計(jì)算框架，讓機(jī)器人與人類(lèi)用戶通過(guò)實(shí)時(shí)溝通完成一系列復(fù)雜人機(jī)協(xié)作任務(wù)。相關(guān)研究成果已發(fā)表在著名期刊《科學(xué)·機(jī)器人》上。

據(jù)了解，當(dāng)今廣泛應(yīng)用的AI 系統(tǒng)是一種被動(dòng)的智能，只能機(jī)械地按照人類(lèi)給定的任務(wù)行事，缺乏像人類(lèi)一樣的認(rèn)知和推理能力以及情感和價(jià)值觀。在缺“心”的情況下，AI 很難理解人類(lèi)真正的意圖及價(jià)值需求，自然也就難以獲取人類(lèi)的信任、融入社會(huì)。

針對(duì)當(dāng)前這一研究存在的局限性，朱教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟新的研發(fā)思路，給機(jī)器建立“心”，提出了一個(gè)基于即時(shí)雙向價(jià)值對(duì)齊模型的可解釋AI 系統(tǒng)，讓機(jī)器通過(guò)與人類(lèi)的即時(shí)交互并通過(guò)相應(yīng)反饋來(lái)推斷人類(lèi)用戶的價(jià)值目標(biāo)，并通過(guò)“解釋”將其決策過(guò)程傳達(dá)給用戶，以了解機(jī)器人作出判斷的價(jià)值依據(jù)。研究結(jié)果表明，該學(xué)習(xí)模型可在復(fù)雜協(xié)作任務(wù)中提高人機(jī)協(xié)作效率，進(jìn)而提升人機(jī)信賴(lài)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)真正的自主智能。

（來(lái)源：北京大學(xué)）

意奧兩國(guó)研究人員推出“智能皮膚”

意大利和奧地利兩國(guó)研究人員歷時(shí)6 年共同研發(fā)出一種三合一混合材料，被稱(chēng)為新一代“智能皮膚”。其具有非常敏銳的觸覺(jué)，靈敏度是真實(shí)皮膚的1000 倍，能感知溫度、水分甚至微生物，有助于促進(jìn)高靈敏度機(jī)器人和智能假肢的研發(fā)。相關(guān)研究近日發(fā)表在著名期刊《先進(jìn)材料技術(shù)》上。

研究人員表示，他們結(jié)合水凝膠材料的化學(xué)氣相沉積、氧化鋅的原子層沉積、聚合物模板的納米印刷光刻3種物理化學(xué)方法來(lái)研制該款智能皮膚。智能皮膚中每平方毫米就有2000 個(gè)獨(dú)立的傳感器，故它比人類(lèi)指尖更靈敏。每個(gè)傳感器內(nèi)部是以水凝膠形式存在的智能聚合物，外殼是壓電氧化鋅，水凝膠可以吸收水分，在濕度和溫度發(fā)生變化時(shí)膨脹，膨脹過(guò)程中，水凝膠對(duì)壓電氧化鋅施加壓力，壓電氧化鋅通過(guò)電信號(hào)響應(yīng)此壓力和其他機(jī)械應(yīng)力，這種超薄材料能以極高的空間分辨率同時(shí)對(duì)力、水分和溫度作出反應(yīng)，并發(fā)出相應(yīng)的電子信號(hào)，從而感知更加細(xì)小的物體。

據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)目前正在優(yōu)化該皮膚的特性，希望擴(kuò)大材料反應(yīng)的溫度范圍，提高其柔韌性。

（帆）

美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)出毫米級(jí)折紙機(jī)器人

日前，美國(guó)斯坦福大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種可轉(zhuǎn)動(dòng)的無(wú)線水陸兩用毫米級(jí)機(jī)器人，其可利用磁鐵和折紙折疊的方式進(jìn)行多方向的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，能夠在多種環(huán)境中移動(dòng)并執(zhí)行任務(wù)，有望應(yīng)用在醫(yī)療診斷和治療中。

據(jù)悉，該機(jī)器人截面直徑7.8mm，由“Kresling”折紙（三角構(gòu)成的空心圓柱體）樣式和附著的磁鐵盤(pán)構(gòu)成。機(jī)器人利用“Kresling”折紙的折疊、展開(kāi)功能進(jìn)行滾動(dòng)、翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)，它能夠快速穿過(guò)光滑或不平坦的表面，并可在人的體液中游動(dòng)，不僅可以完成液體藥物的輸送，同時(shí)因其旋轉(zhuǎn)動(dòng)作提供了一種吸附機(jī)制，故還能幫助運(yùn)送固體藥物。

該團(tuán)隊(duì)表示，這種特殊的兩棲機(jī)器人的開(kāi)創(chuàng)性在于僅利用折紙的可折疊性，就可控制機(jī)器人的變形和移動(dòng)。下一步，他們將計(jì)劃繼續(xù)縮小機(jī)器人的規(guī)模，從而進(jìn)一步展開(kāi)更微尺度研究。

（帆）

美國(guó)加州大學(xué)2 項(xiàng)研究獲進(jìn)展

近日，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）研發(fā)人員利用3D 打印技術(shù)制備出一種“元機(jī)器人”，該機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)爬行（順利繞開(kāi)障礙物）、跳躍、感知周?chē)h(huán)境以及根據(jù)編程命令決定下一步行動(dòng)等功能。其相關(guān)研究成果發(fā)表在著名期刊《科學(xué)》上。

據(jù)介紹，制備該元機(jī)器人采用的是壓電超材料，該材料是一種復(fù)雜的晶格材料，它可以響應(yīng)電場(chǎng)來(lái)改變自身形狀和發(fā)生移動(dòng)，也可以基于物理力來(lái)產(chǎn)生電荷，可用作構(gòu)成機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)。

研發(fā)人員表示，這種打印元機(jī)器人的新方法，是利用特殊材料一次性直接打印出機(jī)器人的各類(lèi)組件，避免了傳統(tǒng)機(jī)器人需要將不同組件裝配在一起的麻煩。另外，這種新方法可以智能地設(shè)計(jì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，讓機(jī)器人精確地實(shí)現(xiàn)彎曲、旋轉(zhuǎn)、膨脹和收縮等功能，而無(wú)需外部傳動(dòng)系統(tǒng)，可以將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)、多種傳感模式和可編程的決策能力緊密集成在一起，類(lèi)似于生物系統(tǒng)中的神經(jīng)、骨骼和肌腱的協(xié)同工作，以執(zhí)行受控運(yùn)動(dòng)。

據(jù)悉，該元機(jī)器人有望應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如將藥物輸送到身體特定區(qū)域中等；未來(lái)也可用于探索危險(xiǎn)的環(huán)境，如在倒塌的建筑物中快速進(jìn)入密閉空間，評(píng)估危險(xiǎn)級(jí)別并尋找被困在瓦礫中的生命。

此外，該校的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的材料和工藝，用于制造比生物肌肉更強(qiáng)壯、更靈活的人造肌肉，相關(guān)研究成果也發(fā)表在《科學(xué)》上。

據(jù)介紹，在制造人造肌肉方面，具有高彈性的輕質(zhì)介電彈性體（DE）因其柔韌性極佳而備受關(guān)注。大多數(shù)DE 由丙烯酸或硅樹(shù)脂制成，不過(guò)傳統(tǒng)的丙烯酸DE 雖然可實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動(dòng)應(yīng)變，但需要預(yù)拉伸且缺乏靈活性；有機(jī)硅雖然容易制造，但不能承受高應(yīng)力。

研發(fā)人員利用化學(xué)材料并采用紫外線光固化工藝，創(chuàng)造了一種改進(jìn)的丙烯酸基材料，丙烯酸能形成更多的氫鍵，使材料更容易變形，研究人員調(diào)整了其聚合物鏈之間的交聯(lián)，讓彈性體更柔軟、更靈活，從而制作出較薄的、可加工的高性能介電彈性體（PHDE）薄膜。每張PHDE 薄膜都像一根頭發(fā)一樣輕薄，厚度約35um，多層薄膜堆疊在一起，可變成一個(gè)微型電動(dòng)機(jī)，像肌肉組織一樣產(chǎn)生能量，為機(jī)器人或傳感器的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。

基于PHDE 的靈活和耐用特性，研發(fā)人員制作出PHDE 致動(dòng)器，其不僅可實(shí)現(xiàn)彎曲、跳躍、纏繞和旋轉(zhuǎn)等功能，還能夠投擲比薄膜自身重20 倍的球。研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把PHDE 致動(dòng)器應(yīng)用到人造肌肉中，人造肌肉可以產(chǎn)生比生物肌肉更多的動(dòng)力，柔韌性也比生物肌肉高3-10 倍，有望完成檢測(cè)力和觸覺(jué)等高難度任務(wù)。

（文）