顶尖学术期刊评选年度十大机器人技术：柔性生长机器人、3D打印液晶弹性体

 

 

1. 波士顿动力公司的Atlas

 

Atlas身高1.5米，体重75公斤，他的表现一直让外界感到惊讶，他一边慢跑一边用一条腿迈着大步跳过一根原木，还可以一步一跳爬台阶。此外还训练了在具挑战性地形上行走、在受到干扰时保持平衡、站立、举起和操纵物体以及像体操运动员一样做后空翻的能力。Marc Raibert的波士顿动力团队仍然是机器人平衡和推进的领军者。Raibert观察到“该机械系统有自己的思想，受物理结构和物理定律的支配。”Atlas使用它的视觉系统调整自己，并测量跑酷障碍的距离。尽管Raibert承认并非所有的实验都能成功掌握，但他希望这些演示能启发人们在不久的将来机器人的功能。

 

2. 直觉外科的达芬奇SP平台

 

机器人手术是近年来最重要的外科创新之一，像根治性前列腺切除术这样的手术越来越多地使用机器人进行，这意味着将带来很多好处。越来越多的机器人平台正在出现，临床应用的增加取决于成本效益和临床可获得性障碍等问题是否会得到进一步解决。达芬奇(da Vinci)是一个早期的先驱者和全球市场的领导者，直觉外科(Intuitive Surgical)继续推动着外科机器人的发展。通过一个2.5厘米的套管和小切口，新推出的达芬奇单端口系统允许外科医生控制三个全腕、肘形器械，并结合一个关节内窥镜来治疗深层病变。

 

3. 会生长的导航柔性机器人

 

研究人员开发出一种全新的仿藤机器人，能够在不移动整个身体的情况下，长距离生长，并能蛇形蜿蜒。研究人员表示之所以研发出柔性机器人是受到自然的启示。生物具有生长的特性，无论是藤蔓、真菌还是人脑内的神经细胞，都能通过软性延展来覆盖距离，那么仿生装置应该也可以。这种柔性机器人设计允许在复杂的非结构化环境中避开障碍，这有望在管道和导管、医疗设备以及探索和搜救机器人中进行导航。

 

4. 开发出制作柔性机器人的3D打印液晶弹性体

 

机器人技术面临的重大挑战之一是探索新的材料和制造方案，从而开发高效、多功能和兼容的驱动器。2018年，在这个新兴的研究领域，不同学科有了许多新的发展。此前已有使用过多种形状变形的液晶弹性体执行器的例子，但该发表的论文展示了如何用3D打印的方法来制作弹性体，这种方法是使用具有空间编程向列顺序的高温直接书写墨水。该技术为开发软机器人提供了最具前景的材料。

 

5. 仿肌肉、自愈、液压放大致动器

 

Peano-HASEL提供透明且自我感知的柔性致动器，可控线性收缩率高达10%，应变率为每秒900%，以50 Hz驱动。致动器使用静电和液压原理，在施加电压时提供线性收缩，而无需预拉伸材料或任何刚性框架。HASEL(液压放大自愈式静电)执行器功能强大，用途广泛，但生产成本低廉，据作者称，他们只使用便宜的热封方法和廉价的商用材料来生产这种有前途的技术。值得注意的是，该致动器能够提升起其重量200倍以上的物体。

 

6. 让DNA自组装成纳米机器人

 

在英国《自然》杂志上其封面刊登了一张特别的美洲地图的放大版。这张地图的比例是1比200万亿，从美国洛杉矶到纽约只有几十分之一纳米，500亿份该地图才相当于一滴水的大小。这种技术被称为DNA折纸术。重组和模块化的三维DNA组件有着互补的形状，能很容易扣在一起，而不是像拉链似的拉在一起的碱基对。这不但能造出会动的纳米机器，而且提供了一种工具包，使研究人员对模块自行组装编程更加容易。这些纳米级机器人系统可以并行使用，用于分子或纳米颗粒的电驱动传输。这些纳米机器人还能够自下而上地进行可编程的材料合成和装配。其静止状态也可用作分子机械记忆。

 

7. DelFly灵活的仿生机器人扑翼器

 

许多受生物启发的机器人具有双重用途，即开发具有实际应用的先进技术并揭示自然界用来构建和编程生物的原理。在这里，我们看到了一款卓越、无尾、无绳、自动、可编程、小型(28 g)扑翼飞行器的设计，具有出色的灵活性，能够进行360°侧倾和俯仰翻转，角加速度高达5000°s-2。 虽然它是果蝇大小的50倍以上并且不模仿任何特定天然飞行物的机翼形态或运动学，但机器人可以作为一种新的物理模型来测试飞行生物如何进行飞行控制。令人惊讶的是，即使没有明确控制所有旋转轴，DelFly Nimble也可以精确地再现果蝇的快速逃脱动作。这一研究进展，有望让 DelFly 这样的扑翼式 MAV 取代传统的多旋翼飞行器。因为它的重量更轻、能量使用效率更高，且扑翼的机械结构、比旋翼机的桨叶更加安全。

 

8. 柔性可穿戴机器人

 

当谈到日常穿着外骨骼时，大多数人不想像钢铁侠。一款轻便、有弹性的外套提供了整合面料设计、传感、机器人控制和驱动的新方法，可以增加穿戴者的力量、平衡和耐力。潜在的应用包括帮助老年人增强肌肉力量，支持他们的灵活性和独立性，以及帮助因中风、多发性硬化症或帕金森氏症而有运动障碍的儿童和成人康复。

 

9. Universal Robots e系列协同机器人

 

从研究实验室到组装线，从物流到外科手术指导，UR机器人手臂正变得无处不在，尽管它们外表不起眼。该公司正在围绕其核心产品开发一个生态系统，其2018年推出的e系列协同机器人顺应了协同自动化的总体趋势，并从实践演示而非专业编程中学习。通过增强的安全特性和力/扭矩感知，我们期望在各种环境中看到更多的智能人机交互，在这些环境中，机器人可以无缝地学习并与人类操作员协作。

 

10. 索尼的aibo玩具狗

 

aibo是索尼公司在近20年前首次推出的玩具狗，它的回归受到了很多人的欢迎，这不仅仅是因为它的新外观、语音理解能力的增强以及向主人学习的能力的提高。此外，随着索尼公司对机器人在儿童学习过程中或作为老年人(尤其是患有神经衰退性疾病的老年人)的伴侣所能发挥的作用认识的加深，该机器人也得到了开发。理解机器人周围人的感知、交互和期望，开发具有上下文感知(不依赖于预先编写好的程序，具有个性化和适应性)的机器人行为和个性，是社会机器人领域的有趣话题。