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  • 机器蛇, 机器蜘蛛…世界最顶尖的一群科学家为何在实验室开起了“动物园”?

       美国卡内基.梅隆大学(Carnegie Mellon University)凭借着最前沿的机器人研发和制造而享誉世界。

    而名为Snake(蛇)的机器人则一直是他们最为吸引眼球,最受到吃瓜群众喜爱的一款样品。虽然没有耗费高昂的研发成本,也不能满足大家对于高智商机器人管家的种种幻想,甚至都没有“人”的形状,但这都不能阻止其大获成功。

    一如其名,这条“机器蛇”的灵感来自于自然界中的同名爬行动物,非常好地还原了其细长,蜿蜒的身姿。头顶摄像头的它,由于其多节的构造,具有极大的行动自由度,可以在各种狭小的细缝和乱石堆中自由穿行,盘旋,伸展,爬杆……

    除了没有毒性,咬不了人,眼镜蛇会的它基本都会。不过它的金属身板显然更加结实,而且能帮助人类完成不少重要的任务(下图为动图)。

    机器蛇灵活的特性可以使其出现在各种常人难以到达的位置,出色地完成使命,在科研和工程上极具价值。目前机器蛇已经开始大显神威的场景和地点有:著名的埃及吉萨金字塔,奥地利的废弃发电站,以及CMU所在地匹兹堡的下水道里。

    (Biorobotics Lab产品一览)

    Snake机器人由CMU的Biorobotics Lab在十年前开始着手研发,后者的核心使命是从自然界寻找灵感,以仿生学的方式研发机器人。在经过两年的研发后,第一代可行产品投入应用。在商业化应用方面,机器蛇受到了几家公司的青睐,主要被应用在各种狭小,险恶的空间进行搜索和营救工作。

    机器蛇的商业化应用只能算是锦上添花,它最大的意义还是为CMU今后在机器人领域的探索提供了绝佳的切入点。

    而在目前升级换代后的版本中,科学家们还为机器人增加了传感器,所以其可以自己判断为了完成任务,盘绕一个物体时所需的收紧程度,省去了之前研究人员每次根据工作环境的不同,都需要为机器蛇预先编程的大麻烦。

    有趣的是,科学家们还为这群花色各异的“蛇”们,每一条都起了名字。比如资历最老,上镜率最高的那一条Snake机器人就被赋予了“山姆大叔”的爱称。

    机器蛇为模块化在近十年内于机器人领域兴起的大势提供了很好的例证。模块化意味着开发出能适应更为广阔场景的系统,颇有机器人版本的乐高的味道。

    值得一提的是,负责完成Snake机器人模块化工作的团队日前选择出来单干,成立了一家名为HEBI的初创公司,通过应用机器蛇中涉及到的技术,使搭建可定制化机器人就像搭积木一样简单。

    “通过打造可以轻松变形,易于编程的系统,我们相信我们可以使机器人变得功能强大且灵活,同时降低成本,”CMU机器人学院(robotics Institute)的教授Choset说道,“模块化十分重要,其有着加速推动传统工业机器人和所有新式机器人发展的巨大潜能和魔力。”

    不过当TechCrunch记者到访卡内基.梅隆大学设于匹兹堡的实验室时,出乎他们意料的是,迎接他们的并不是说好的机器蛇,而是一只六腿金属甲壳动物。不过其足足有一只小狗那么大,同样有着蛇形花纹。

    仔细观察后,不难发现其和机械蛇有着紧密的“血缘关系”。它背后的开发团队给它起了一个昵称,“蛇怪”(the Snake Monster)。这一张牙舞爪的小怪物的腿部和头部,实际上与机器蛇的关节同源。它每一条腿的完全展开长度都可以达到30cm,整个机器人重约8kg。

    蛇怪背部多出来的方方正正的小盒子可以用来储存电池及其他内部元件,由此其可以不受限制地在各种地形“横行霸道”,极大地拓展了其祖辈机器蛇的功能。

    蛇怪的最大技术特色在于其适应性极强的移动方式。

    “Snake Monster在前进时,甚至不需要准确地探测到具体的地面,只需要凭直觉前行即可。”参与到项目中的博士生Julian Whitman解释道。

    “我们开发了一种迅速设计机器人步态的新方法,所以当你改变蛇怪在前行中应用到的腿的数目时,它将会在几分钟内切换到另外一种行进姿态。”

    和它的前辈机器蛇一样,有六条腿的“蛇怪”的灵感也来自于自然界中动物与所属环境的交互模式,并不需要预先编程或是视觉系统来摹绘前进时周围的地形。

    蛇怪腿部的弹性促动器将会适应期所在的表面环境,使机器人通过转变重心向前行进,这也是机器人模块化的重要体现之一。

    目前机器蛇和蛇怪的应用场景除了上文提到的搜索和救援外,还能承担考古发掘,检修发电厂、下水道系统等其他辅助人类的职责。

    这一切都要感谢大自然和研究人员赋予它们的灵活身姿。

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