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并用汉语自我介绍:
“我是机器人P3,热烈欢迎李鹏总理和夫人光临,请允许我与您握手”。
机器人握住李鹏总理的手,连续摇动三次,然后摆好姿势供久候在那里的记者拍照。
接着P3请出本田公司社长川本正彦等人。
他们通过投影电视屏幕,向中国客人介绍了本田研制机器人的发展历史和技术特点。
川本社长的声音刚落,P3又说:
“我有些紧张,请允许我暂时休息一下,接下来请我的二哥继续表演”。
说罢转身,沿原路退回。
本田公司机器人P3
据介绍,本田公司按研制时间先后,把双足步行机器人分别命名为P1、P2、P3等。
P3的高度为160cm,体重130公斤。
被称为二哥的机器人P2身高1.80米,体重120公斤,长的笨头笨脑,但行动起来与灵活的“小三”相比毫不逊色。
P2表演了上台阶这一高难动作,它走的极为平稳,一步一个台阶,令人赞叹不已。
随后P2又表演了用扳手拧螺丝。
P2机器人退场后,P3机器人出场与贵宾挥手告别:
“表演到此结束,再次感谢李鹏总理的光临!
”
本田公司最近又推出一种新型智能机器人“阿西莫”(ASIMO)。
与1977年诞生的P3相比,它具有体型小、质量轻、动作紧凑轻柔的特点。
阿西莫身高120cm,体重43公斤,更适合于家庭操作和自然行走。
本田公司总裁吉野浩行在产品发布会上说:
“将来我们还会使机器人具有更好的视觉、听觉等识别能力,提高它们的自主性。
”他还说:
“如果通过卫星网络来控制,它就是另外一个‘你’,可以使用者的身份做许多事情。
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“科戈”机器人
出生于澳大利亚的罗德尼·
布鲁克斯,40多岁,美国麻省理工学院人工智能实验室的教授。
他喜欢离经判道,从不相信传统的成规。
从80年代起,他就反对机器人必须先会思考,才能做事的信条。
为了证实自己的观点,他研制出了一系列异型机器人。
这些机器人没有思考能力,但却无所不能,比如能偷桌上的苏打罐,能穿越四周发烫的地面等。
他的成功使他成为机器人界最有争议的人物。
机器人“科戈”
布鲁克斯从小就喜欢制作各种标新立异的小装置。
进入福莱德大学后,他为该校唯一的一台IBM大型计算机重新编制了整个操作系统的程序。
别的用户怎么也想不到,计算机怎么会突然变的具有令人不可思议的奇效。
在获得该校硕士学位后,布鲁克斯又凭自己的实力考入了美国斯坦福大学。
八十年代初期,布鲁克斯在麻省理工学院任初级研究员。
那时人工智能研究的传统做法是先设计出各种“脑图”,以帮助机器人了解周围环境,使机器人先学会识别障碍物,再绕过障碍物。
但这样做机器人往往要花很长时间去判断自己看到的东西,而且它们大多数均无法穿过陌生的空间。
而布鲁克斯认为,真正的智能不能这样运作。
布鲁克斯认为,智能并不像假想的那样来自抽象思维,而是通过与外界接触学习之后作出的反应。
只要机器人与其周围的环境进行复杂的相互作用,智能最终一定会出现。
最初他的计划是先从昆虫机器人做起,逐步向模仿高级动物发展,最后才是人形机器人。
布鲁克斯想,只有人形机器人才能说明他的理论也适合于高级智能,于是他决定要制造出自己的人工智能型高级机器人,即现在的科戈机器人。
目前“科戈”的研制工作正在进行。
“科戈”本身是非常复杂的,要它能通过与外界的联系获取知识,就必须尽可能地模仿人类,例如它的臂必须像人类那样具有柔顺性。
怎样才能把“科戈”变成一个真正的人形机器人,目前实现的目标尚不太明确。
布鲁克斯和他的同事们正在借鉴幼儿的发育过程,使“科戈”由简到难,逐步学会各种本领,直到听说能力。
“科戈”机器人的大脑是由16个摩托罗拉68332芯片构成的,“科戈”的大脑放在与之相邻的室内,通过电缆与之相连。
“科戈”最多可用250个摩托罗拉芯片。
布鲁克斯准备用数字信号处理器取代部分这种芯片,用以完成特殊任务。
“科戈”的大脑与人类的大脑一样,能同时处理多项任务。
尽管计算机的能力给人们留下了深刻的印象,但是如果“科戈”能达到两岁儿童的智力,就算是成功了。
现在“科戈”正在像婴儿一样利用自己的大脑学习“看”。
“科戈”的每只眼睛由一台广角照相机和一台窄视野照相机组成。
每一台照相机均可以俯仰和旋转。
“科戈”首先通过广角照相机观察周围事物,然后再利用窄视野照相机近距离仔细观察事物。
“科戈”的头可以像人的头一样前后左右转动。
布鲁克斯说:
“我们试图找到一种方法,让‘科戈’自己了解这个世界。
“科戈”先学会看以后,开始学习听。
这些功能要一个一个地教。
为此,在“科戈”的头上装上了麦克风和处理器。
声音可以帮助“科戈”确定去看什么地方,机器人还可以对声音进行辨别。
“科戈”已经有了头和身子,但还没有皮肤、臂和手指。
现在正在为“科戈”制造第一条手臂,这只臂以全新的方式工作,每个关节都有一个弹簧,从而使“科戈”获得了柔顺性。
我国的仿人形机器人研究
我国在仿人形机器人方面做了大量研究,并取得了很多成果。
比如长沙国防科技大学研制成了双足步行机器人,北京航空航天大学研制成了多指灵巧手,哈尔滨工业大学、北京科技大学也在这方面做了大量深入的工作。
多指灵巧手
双足步行机器人研究是一个很诱人的研究课题,而且难度很大。
在日本开展双足步行机器人研究已有30多年的历史,研制出了许多可以静态、动态稳定行走的双足步行机器人,上面提到的P2、P3是其中的佼佼者。
在国家863计划、国家自然科学基金和湖南省的支持下,长沙国防科技大学于1988年2月研制成功了六关节平面运动型双足步行机器人,随后于1990年又先后研制成功了十关节、十二关节的空间运动型机器人系统,并实现了平地前进、后退,左右侧行,左右转弯,上下台阶,上下斜坡和跨越障碍等人类所具备的基本行走功能。
近期在十二关节的空间运动机构上,实现了每秒钟两步的前进及左右动态行走功能。
“先行者”类人型机器人
经过十年攻关,国防科技大学研制成功我国第一台仿人型机器人——“先行者”,实现了机器人技术的重大突破。
“先行者”有人一样的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足,有一定的语言功能,可以动态步行。
人类与动物相比,除了拥有理性的思维能力、准确的语言表达能力外,拥有一双灵巧的手也是人类的骄傲。
正因如此,让机器人也拥有一双灵巧的手成了许多科研人员的目标。
在张启先院士的主持下,北京航空航天大学机器人研究所于80年代末开始灵巧手的研究与开发,最初研究出来的BH-1型灵巧手功能相对简单,但填补了当时国内空白。
在随后的几年中又不断改进,现在的灵巧手已能灵巧地抓持和操作不同材质、不同形状的物体。
它配在机器人手臂上充当灵巧末端执行器可扩大机器人的作业范围,完成复杂的装配、搬运等操作。
比如它可以用来抓取鸡蛋,既不会使鸡蛋掉下,也不会捏碎鸡蛋。
灵巧手在航空航天、医疗护理等方面有应用前景。
双足步行机器人在爬楼梯
灵巧手有三个手指,每个手指有3个关节,3个手指共9个自由度,微电机放在灵巧手的内部,各关节装有关节角度传感器,指端配有三维力传感器,采用两级分布式计算机实时控制系统。
仿人型机器人是多门基础学科、多项高技术的集成,代表了机器人的尖端技术。
因此,仿人形机器人是当代科技的研究热点之一。
仿人型机器人不仅是一个国家高科技综合水平的重要标志,也在人类生产、生活中有着广泛的用途。
目前,我国仿人形机器人研究与世界先进水平相比还有差距。
我国科技工作者正在努力向前,我们热切地期盼着我们自己水平更高的、功能更强的仿人型机器人与大家见面。
细小工业管道机器人移动探测系统
微型机器人和微操作系统是在细微空间或狭窄空间中进行精密操作、检测或作业的机器人系统。
其中微机器人一般在三维或两维尺寸上是微小的。
而微操作系统在尺寸上一般不在微小范围之内,但可以实现微米、亚微米的定位和操作。
微型机器人在核电站细小管道、发动机等狭窄空间检测、军用侦察、医疗等领域有广泛的用途;
微操作系统在生命科学、精密组装和封装等方面有广泛前景。
火力发电厂、核电厂、化工厂、民用建筑等用到各种各样微小管道,其安全使用需要定期检修。
但由于窄小空间的限制,自动维修存在一定难度。
仅以核电站为例,其中内径约20mm的管道有许多根,停堆检查时工人劳动条件恶劣。
因此微小管道内机器人化自动检查技术的研究与应用十分必要。
“细小工业管道机器人移动探测器集成系统”由上海大学研制,包含:
20mm内径的垂直排列工业管道中的机器人机构和控制技术(包括螺旋轮移动机构、行星轮移动机构和压电片驱动移动机构等)、机器人管内位置检测技术、涡流检测和视频检测应用技术,在此基础上构成管内自动探测机器人系统。
该系统可实现20mm管道内裂纹和缺陷的移动探测。
无损伤医用微型机器人
无损伤医用微型机器人主要应用于人体内腔的疾病医疗。
它可以大大减轻或消除目前临床上广泛使用的各类内窥镜、内注射器、内送药装置等医疗器械给患者带来的严重不适及痛苦。
由浙江大学研制的无损伤医用微型机器人具有三大特点:
一是此种微型机器人能以悬浮方式进入人体内腔(如肠道、食道等),这样可避免对人体内腔有机组织造成损伤,从而可大大减轻或消除患者的不适与痛苦;
二是此种微型机器人的运行速度快,而且速度控制方便,这样可缩短手术时间;
三是此种微型机器人的结构简单,加工制造方便。
目前,此种微型机器人样机已接近实用化程度。
SMA微小型机器人
SMA六足微笑型机器人
上海交通大学研制出一种呈正方形体,由12个蠕动元件组成的管内蠕动机器人,外形尺寸为35×
35×
35mm3,体重19.5克(包括控制电路),步行速度为15mm/分,共有12个自由度,由SMA(形状记忆合金)与偏置弹簧组成一个驱动源,共12个驱动源。
能实现管内上、下,左、右,前、后的全方位运动,能通过直管、曲率半径较大的弯管,以及L型、T型管。
还有一种SMA六足微小型机器人,外观如同一只小甲虫,外形尺寸为25×
30×
30mm3,重20克,步行速度18mm/分,有12个自由度,SMA(形状记忆合金)作为驱动源。
微小型机器人将来可能在细小管道检测及医疗方面发挥作用。
微型飞行器
微型飞行器被认为是未来战场上的重要侦察和攻击武器,能以可接受的成本执行某一有价值的任务。
这种飞行器必须能够传输实时图像或执行其它功能,有足够小的尺寸(小于20厘米)、足够的巡航范围(如不小于5公里)和飞行时间(不小于15分钟)。
微型飞行器由于具有特殊的用途而倍受关注。
一个重要应用是军事侦察,可装备到士兵班,进行敌情侦察及监视。
还可用于战争危险估计、目标搜索、通信中继,监测化学、核或生物武器,侦察建筑物内部情况。
可适用于城市、丛林等多种战争环境。
因为其便于携带,操作简单,安全性好的优点,可以在部队中大量装备。
在非军事领域,配置有相应传感器的微型飞行器可以用来搜寻灾难幸存者、有毒气体或化学物质源,消灭农作物害虫等。
微型战术无人机
微型飞行器不同于传统概念上的飞机,它是MEMS(微机电系统)集成技术的产物。
微型飞行器的姿态控制系统中的微型地平仪、微型高度计,导航系统中的微型磁场传感器和微型加速度计、微陀螺仪等,飞行控制系统中的微型空速计、微型舵机等,在微型飞行器上应用的微型摄像机、微型通讯系统等,都需要MEMS技术的支持,以减少体积和重量,改善飞行器的性能。
微型飞行器的动力——微型发动机也需利用MEMS技术制造,所以说,微型飞行器除机身和机翼外,都需依靠MEMS技术,甚至机翼也可以用MEMS技术制造灵巧蒙皮,以控制飞行器的飞行姿态。
面向生物工程的机器人微操作系统
在生物和医学工程中常用的微操作过程主要有两大类:
微注射操作和微切割操作,这两种操作在现代生物和医学研究中均起到了非常重要的作用。
全光学生物微操作系统
目前制作转基因动物的最有效、操作最简便的方法是采用微注射技术,即用微操作系统(手动系统)对动物的活性受精卵注入外源基因,其目的主要是培育新型品种。
这种显微操作过程是生物领域中研究、培育转基因动物的一个重要环节,也是操作精度要求最高的环节。
在这种微观环境下,用亚毫米的工具对这些细胞进行操作,只能在显微镜下进行。
目前这些工作都是由人工来完成的。
生物和遗传工程中的另一大类微操作过程是微切割操作。
完成切割操作的系统与完成微注射操作的系统的基本结构和驱动原理相同,微切割系统只需要微切割刀。
微切割刀的尖端部分也应是亚微米级。
微操作系统的位移和定位精度均比微注射系统还高,微切割操作对生物医学研究,特别是在植物学研究,遗传工程研究,建立动、植物(包括人类)的DNA文库等高科技领域中都有十分重要的应用。
同微注射操作相同,目前微切割操作也是由人工完成的。
而且由于微切割操作比微注射操作要求的精度高,操作起来更加困难。
因此,生物领域中从事细胞操作的科研人员和实验操作人员都希望能够提高微注射操作和微切割操作系统的自动化和智能化的程度,使操作简单化、自动化,进而实现普及化。
南开大学、中国科技大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、广东工业大学相继开展了这方面的研究工作。
南开大学研制的“面向生物医学工程的微操作机器人系统”以一台倒置显微镜为主体,配置了左右两个可握持工具进行空间三自由度运动的机械臂、平面两自由度可控平台以及自动调焦系统。
系统可在显微视觉引导下,由计算机控制,双臂协调地机械自动或半自动的操作。
它的功能覆盖了生物医学工程的主要操作(如染色体切割,细胞转基因注射等)。
该系统可在一个微小的操作空间内,控制操作工具进行微米级精度的运动。
它适合于在细胞级水平上进行切割、注射、微电位测量等典型的生物医学工程操作。
由中国科技大学研制的“全光学生物微操作系统”进行植物转基因获得成功。
该实验用脱毒马铃薯和毛白杨雄株试管苗进行,用“全光学生物微操作系统”中高功率脉冲激光对浸泡在DNA溶液中的子叶局部进行逐个细胞的穿孔。
经生化检测,激光空孔部位显示出湛蓝颜色,表明待转的GUS基因已经进入叶肉细胞。
由此证明对上述两种植物的转基因获得成功。
光学微操控微加工不同于传统的机械加工系统,它对生物细胞、细胞器及其它微小粒子的微加工是通过光来实现的,没有任何机械接触。
激光光镊可以方便地在三维空间拖动微粒使之在空间上准确定位,因此可用来完成分选粒子(或细胞),使两个或多个粒子相互密接,从而观察其相互作用等。
激光光刀则对被光镊夹持的“工件”进行穿孔、基因转导、细胞器切割、焊接等加工。
光学微处理的另一特点是可以在不损伤粒子(细胞)表面的情况下深入其内部进行微操作或微加工,特别适合于研究活体生物粒子,是细胞和生物大分子研究的重要工具,将在细胞生物学、分子遗传学、基因工程等领域中发挥重要作用。
光学微操作系统在涉及微小粒子的各种研究和应用领域,诸如在大气物理、空间科学、材料科学、医药科学、精密测量等方面也有广阔应用前景。
由北京航空航天大学研制的具有视觉反馈的微操作系统,能在摄像头下完成全局视觉闭环反馈,且采用压电陶瓷驱动和较新颖的柔性铰链机构,可对活体细胞和基因进行自动或半自动显微操作。
该系统已进行了数次小白鼠受精卵基因注射实验,并获得成功。
精彩有趣的机器人足球赛
现在机器人足球比赛已成为一种时尚运动,很多国家都有了自己的机器人足球比赛。
在世界上比较有影响的赛事主要有两个,一个是由国际机器人足球联合会(FIRA)组织的微机器人世界杯Mirosot,另一个是由国际人工智能协会组织的机器人世界杯RoboCup。
机器人足球赛
国际机器人足球联合会成立于1997年,总部设在韩国的大田,每年组织一次机器人足球世界杯,相伴而行的还要举行这一领域的学术研讨。
1996年在韩国举行了首届机器人足球世界杯,来自7个国家的23支代表队参加了比赛。
1997年6月1-5日来自9个国家的22支代表队参加了2个项目的角逐。
第三届比赛在巴黎与第16届足球世界杯同期举行,有13个国家的39个代表队参加了4个项目决赛阶段的比赛。
由于参赛队增加,1999年第四届分4个赛区进行了预选赛,角逐决赛阶段4个项目的32个名额,比赛已达到相当规模和水平。
2000年第五届机器人足球世界杯在悉尼与奥运会相伴而行。
2001的第六届机器人足球世界杯将在中国举行。
2002年的机器人足球世界杯将在韩国与第17届足球世界杯同期举行。
比赛的主要项目如下:
项目
名称
机器人
场地
尺寸(cm)
队员数
球
NAROSOT
超微机器人足球赛
4×
5
130×
90
乒乓球
S-MIROSOT
单微机器人足球赛
7.5×
7.5
1
高尔夫球
MIROSOT
微机器人足球赛
3
150×
130
ROBOSOT
小型机器人足球赛
15×
30
220×
150
曲棍球
HUROSOT
拟人机器人足球赛
40(有2条腿)
正在策划中
机器人足球的另一个重要分支是由国际人工智能学会组织的机器人世界杯赛(RoboCup),它的比赛项目有三个:
(1)小型机器人比赛(直径小于15cm),
(2)中型机器人比赛(15cm<
((50cm);
(3)电脑模拟比赛。
它要求参赛的机器人是自主式的,其复杂程度和制作成本较高。
1997年在日本举行了第1届机器人足球世界杯赛,有40多个队参加了比赛,然后每年一届。
1998年第2届在法国巴黎举行,有60多个队参加了比赛。
1999年第3届在瑞典的斯德哥尔摩举行。
2000年的第4届,在澳大利亚的墨尔本举行,有约100个队参加了比赛。
“踢”足球机器人
机器人足球是一项极具魅力的比赛,人们非常喜欢这项运动。
尽管它是小场地运动,但它和台球、乒乓球一样吸引观众。
有记者问:
“机器人足球是体育项目还是技术项目”?
我们认为,机器人足球是一项具有体育竞技魅力的高技术项目。
也可以看作是一种高技术的竞技项目。
机器人足球的高技术可以概括为12个字:
“实时采集、实时控制、实时行动”。
这3个“实时”是机器人足球的难点之所在,也是机器人足球的魅力之所在。
“机器人足球能不能长远发展下去,会不会新鲜劲过后就销声匿迹了”?
我们认为,机器人足球和其他项目一样,要想保持长胜不衰,必须坚持不断创新。
一方面要提高现有项目的竞技水平,增加比赛的可观赏性;
另一方面要推出新的比赛项目,显示高技术的创造性。
在足球机器人系统的开发过程之中,不仅要遇到机器人学、机电一体化、通讯与计算机技术等,而且还涉及图像处理,传感器数据融合,决策与对策,模糊神经网络、人工生命与智能控制等学科的内容。
目前人工智能领域常常遇到理论与实际脱节的问题,足球机器人的诞生,为智能系统的研究提供了一个很好的载体。
一句话,机器人足球赛的是硬件、软件及基础技术。
除了机器人足球比赛外,其它形式的机器人比赛也很多,比如:
国际奥林匹克机器人大赛,NHK国际机器人比赛等,比赛的内容非常丰富,包括:
表演赛、跳远、走迷宫、相扑、打乒乓球等,这些比赛深深地吸引着机器人爱好者和大中学生,为他们提供了一个很好的寓教于乐的载体。
风靡日本的机器人相扑赛
机器人相扑大赛
相扑运动是深受日本民众喜爱的一种体育运动,比赛的优胜者享有极高的荣誉,其颁奖仪式尤为引人注目。
虽然该仪式仅为冠军颁奖,但由于冠军不仅要接过冠军奖杯,还要领取日本政府、社会团体和一些国家领使馆颁发的多种奖品和奖杯,所以要有多名助手协助领奖,从而出现排队领奖的独特景观。
奖杯与其他运动的奖杯也不相同,是又大又重的巨型奖杯,这给颁奖者出了一个不大不小的难题,不得不抬到台上来,但这对这些大力士来说却是小菜一碟。
正是出于对相扑运动的喜爱,日本于1990年3月举行了第一届机器人相扑大会,大会举办的相当成功,于是同年12月又举行了第二届机器人相扑大会。
自次年起,机器人相扑大会定于每年的12月举行。
相扑机器人
机器人相扑比赛的规则要求机器人的长和宽不得超过20厘米,重量不得超过3公斤,对机器人的身高没有要求。
机器人的比赛场地是高5厘米,直径为154厘米的圆形台面。
台面上敷以黑色的硬质橡胶,硬质橡胶的边缘处涂有5厘米宽的白线。
这种以黑白两色构成边界线的比赛场地便于相扑机器人利用低成本的光电传感器进行边界识别。
相扑机器人使用的传感器有:
超声波传感器、触觉传感器等,成本也都不高。
正是由于费用不太高,所以发展很快,到1993的第4届参赛机器人已超过1000台。
由于竞技过程是双方机器人“身体”的直接较量,气氛紧张、比赛激烈。
机器人相扑比赛的规则比较宽松,给参赛者留有较大的发挥空间。
比如,为了防止被对手推下赛台,有的相扑机器人采用了必要时可将自己的底部吸附在比赛场地的方法,并靠这种策略多次赢得了胜利。
活灵活现的机器人动物园
看过恐龙博览会的朋友一定还记得这样一个场景:
在忽明忽暗的灯光下,伴随着阵阵恐怖的吼叫声,一只只恐龙或立或卧,脑袋、肢体在不停地动作着,活灵活现,维妙维肖,犹如恐龙再世。
机器昆虫
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