導讀

近年來機器人技術發(fā)展迅猛，已經在多個領域得到了落地應用，并且出現(xiàn)了很多具有前瞻性的設計。本文通過Science雜志評選的10項激動人心的機器人開發(fā)和技術，為讀者梳理出目前機器人領域的發(fā)展情況。

近日，Science雜志評選了10項激動人心的機器人開發(fā)和技術，覆蓋從可能改變機器人技術未來的原創(chuàng)研究，到支持基礎科學和推動工業(yè)和醫(yī)療創(chuàng)新的商業(yè)產品。

Top1波士頓動力的跑酷機器人Atlas

1.5米，75公斤Atlas的表現(xiàn)讓我們感到驚訝，只用一條腿跳過木踏板，同時慢跑和跳過木箱而沒有中斷。

這些特性被用于在具有挑戰(zhàn)性的地形上行走，在受到干擾，站立，抬起和操縱物體時保持平衡，以及像體操運動員一樣執(zhí)行后翻。

MarcRAIbert的波士頓動力團隊仍然是機器人平衡和推進的領頭人。

Raibert觀察到“機械系統(tǒng)具有自己的思想，受物理結構和物理定律支配?！盇tlas使用其視覺系統(tǒng)來調整自身并測量到跑酷障礙的距離。

盡管Raibert承認并非所有的試驗都能成功掌握，但他希望這些demo能夠在“將來機器人能做些什么”的問題上，給到一些啟發(fā)。

Top2IntuitiveSurgical的達芬奇SP平臺

機器人手術是近年來最重要的手術創(chuàng)新之一。

通過使用機器人方法執(zhí)行諸如根治性前列腺切除術的程序，這意味著許多益處。

越來越多的機器人平臺正在興起，臨床吸收的增加取決于是否會進一步解決，諸如成本效益和更廣泛的臨床可及性障礙等問題。

達芬奇是早期的先鋒和全球市場領導者，IntuitiveSurgical繼續(xù)推動手術機器人的界限。

通過一個2.5厘米的插管和小切口，新推出的達芬奇單端口系統(tǒng)，允許外科醫(yī)生控制三個完全萎縮的肘關節(jié)器械，并結合用于深部病變的關節(jié)內窺鏡。

Top3：通過增長導航的軟機器人

通過尖端增長進行導航，為機器人開辟了新的方向。

想象一下，如果葡萄藤、神經元或真菌菌絲的生長方式，可以被我們利用，將其擴大、加速，并且獲得極高的可操縱性。

研究人員采取了一管柔軟的材料，這種材料在自身內部折疊，但是當加壓時，隨著管前部的材料被向外推動而向外生長。

這個出色的設計理念解決了機器人技術中的幾個重大挑戰(zhàn)，并通過提取一般生物學原理，來舉例說明生物啟發(fā)設計的使用。

軟機器人設計允許在復雜的非結構化環(huán)境中避開障礙，這有望在管道和導管，醫(yī)療設備以及探索和搜救機器人中進行導航。

Top4用于軟機器人的3D打印液晶彈性體

機器人技術的一大挑戰(zhàn)，是探索新材料和制造方案，用以開發(fā)節(jié)能、多功能和兼容的執(zhí)行器。2018年，在不同學科看到了這個新興研究領域的急速發(fā)展。

之前已經使用過多種形狀變形的液晶彈性體致動器，但該項目展示了如何使用具有空間編程向列順序的高操作溫度，直接墨水書寫3D打印來制造彈性體。

與迄今為止報道的其他液晶彈性體相比，這些執(zhí)行器顯示出提升重量的能力。

該技術承諾為軟機器人提供大面積設計和動態(tài)功能架構。

Top5：肌肉模擬自我修復和液壓放大致動器

Peano-HASEL提供透明且自感應的柔性執(zhí)行器，可控線性收縮率高達10％，應變率為每秒900％，以50Hz驅動。

致動器使用靜電和液壓原理，在施加電壓時提供線性收縮，而無需預拉伸材料或任何剛性框架。

HASEL（液壓放大自愈式靜電）執(zhí)行器功能強大，用途廣泛，但生產成本低廉。

據(jù)作者稱，他們只使用便宜的熱封方法和廉價的商用材料來生產這種有前途的技術。

值得注意的是，該執(zhí)行器能夠提升其重量的200倍以上。

Top6來自DNA的自組裝納米級機器人

DNA折疊可以在納米尺度上形成不同的形狀。

通過控制自組裝DNA折疊結構，與由單鏈DNA形成的閂鎖系統(tǒng)相結合，現(xiàn)在可以在外部施加的可調電場下進行精確的納米級運動。

這些納米級機器人系統(tǒng)可以并行使用，用于分子或納米顆粒的電驅動傳輸，數(shù)十納米或更多。

機器人可以自下而上地進行可編程合成和材料組裝。其定位狀態(tài)也可用作分子機械記憶。

Top7：DelFly靈活的bioinspired機器人擋板

許多生物啟發(fā)機器人具有雙重目的，即開發(fā)具有實際應用的先進技術，又可以揭示自然界用于建立和編程生物的原則。

DelFly讓我看到了一款卓越、無尾、無繩、自動、可編程、小型（28g）撲翼飛行器的設計。

該飛行器具有出色的靈活性，能夠進行360°側傾和俯仰翻轉，角加速度高達5000°s-2。

雖然它是果蠅大小的50倍以上，并且不模仿任何特定天然飛行物的機翼形態(tài)或運動學。

但機器人可以作為一種新的物理模型，來測試飛行生物如何進行飛行控制。

令人驚訝的是，即使沒有明確控制所有旋轉軸，DelFlyNimble也可以精確地再現(xiàn)果蠅的快速逃逸動作。

我們認為它是“科學機器人和科學機器人科學”的范例，并期望它將推動飛行機器人的發(fā)展。

Top8：柔軟的可穿戴式機器人

在日常生活中佩戴外骨骼時，大多數(shù)人都不想像鋼鐵俠那樣。

一種輕盈，有彈性的外套，提供了整合面料設計、感應、機器人控制和驅動的新方法，以增加穿著者的力量，平衡和耐力。

潛在的應用包括幫助老年人增強肌肉力量，支持他們的活動性和獨立性，以及恢復因中風，多發(fā)性硬化癥或帕金森病引起的運動障礙的兒童和成人。

Human-in-the-loop優(yōu)化進一步允許機器人與人的無縫集成，提供個性化控制策略和適應。

Top9：UniversalRobots（UR）e系列Cobots

從研究實驗室到裝配線和物流到外科手術指導，UR機器人手臂盡管外表不起眼，但它們正變得無處不在。

該公司正在圍繞其核心產品開發(fā)一個生態(tài)系統(tǒng)。他們在2018年推出的新型e系列協(xié)作機器人，呼應了協(xié)同自動化的大趨勢。

憑借增強的安全功能和力/扭矩感應，我們期望在機器人可以在與人類操作員無縫學習和協(xié)作，在各種環(huán)境中看到更智能的人機交互。

Top10：索尼的Aibo

近20年前首次推出的索尼玩具犬aibo的回歸，受到了許多人的歡迎。

這不僅僅是因為它的新外觀，增強的語音理解以及從其所有者那里學習的能力提高。

更重要的是，索尼越來越多地意識到機器人在兒童學習、作為老年人的伴侶、輔助患有神經退行性疾病的人方面的潛力。

了解機器人周圍人的感知、交互和期望，并開發(fā)具有情境感知的機器人，從而產生獨特的行為和個性（不依賴于預先編寫的程序以及個性化和適應性），是社交機器人最受關注的話題。

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