动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

虎纹捕鸟蛛水平面运动行为

动物运动行为的研究对运动学的分析以及仿生机器人的研制有着重要意义. 运用动物运动行为观测系统获取了虎纹捕鸟蛛(Ornithoctonus huwena)水平面直线运动的运动学信息,如步足的运动状态、质心的运动和步足各关节转动角度的变化等信息. 结果表明: 虎纹捕鸟蛛以一侧的步足1 和3 与对侧的步足2 和4 为一组运动相, 两组运动相在运动中相互交替运动相位. 运动速度的提高主要依靠于步频的提高来实现, 并且运动稳定性优于昆虫. 质心的速度和高度周期波动, 步足相位交替时质心的高度和速度均较高, 稳定运动状态下质心的高度和速度均较低. 步足4 偏向角的变化最小, 有利于对身体的驱动; 由于步足1 的探寻功能使得运动中其各关节转动角度的变化不定. 上述结果对仿生机器人的设计和步态规划有所启示.     

科学研究发现实名制能够有效促进合作

<正>合作行为广泛存在于现实社会中,它对物种进化和人类社会发展起着至关重要的作用.在激烈的生存斗争中,如何理解合作行为及维持集体合作的稳定性仍然是我们面临的一个科学难题.因此,合作行为的研究是国际学术界持续关注的研究热点;在2005年Science公布的125个最具挑战性科学问题中(前25个被认为是最重要的问题),第16个问题便是"人类合作行为如何发展".为研究社会群体     

大壁虎脚趾运动和感觉的分区分级调控

近年来, 爬壁机器人是机器人领域研究和开发的一个热点课题. 大壁虎是研究爬墙机器人的理想模型. 在仿壁虎机器人的研制过程中, 脚掌(趾)的设计是关键技术之一. 采用高速摄像和电生理学方法, 观测了大壁虎前、后脚在不同界面爬行时不同的运动模式; 研究了5个脚趾的黏-脱附运动及其感觉信息传入的神经支配; 发现了5个脚趾运动和感觉功能的不同分区, 黏附和脱附行为及其感受传入的分级调控现象. 这些结果为当前仿壁虎机器人, 以及其他4足和多足机器人脚掌(趾)的结构和运动控制系统的设计提供重要的信息和理念.     

昆虫机器混合系统:从自由状态控制到自主智能调控

以昆虫作为载体,采用光/电等外部调控手段对其运动行为进行干预或控制,实现可静态预设或动态控制的昆虫机器混合系统,也被称作昆虫机器人.这类微型动物机器人在运动稳定性、环境适应性、隐蔽性等方面拥有天然的优势,在搜救侦查、科学研究等众多领域具有重要的应用价值.随着神经科学、微机电系统、人工智能等研究领域的快速发展,昆虫机器混合系统研究正从自由状态控制发展至自主智能调控阶段.本文回顾了昆虫机器人在受控运动模式、可控动作类型、达成控制任务等方面的研究现状,总结了昆虫机器混合系统研究框架,评述了基于不同调控原理实现的典型昆虫机器混合系统研究进展.在此基础上,分析了昆虫机器混合系统在神经调控机制、微型控制系统、刺激技术及方法、智能控制系统等研究中面临的困难、存在的问题,预测了未来的发展趋势.     

运动仿生的前沿:从感知到运动

正运动仿生是动物行为学和机器人学交叉的新领域,是仿生科学与工程的重要分支,其内涵包括揭示动物运动的机构结构、感知控制和行为规律,指导仿生机器人的设计.运动是动物的基本行为属性,也是仿生智能机器人等人造系统的重要特征之一.运动是动物对外部环境和内部状态变化的一种行为反应,该行为涉及到动物的环境感知、信息整合、运动指令产生、肌群驱动、关节运动、肢体与外界的相     

壁虎的运动行为与动力学研究: 竖直面内运动方向的影响

壁虎在竖直面内不同方向运动时运动行为的观察和运动作用力的测定不仅能揭示出壁虎运动的力学规律, 也可以进一步获得仿生机器人控制设计的灵感. 用三维力传感器阵列测定大壁虎在竖直面内运动的三维作用力, 并结合高速摄像讨论在自下向上, 自上向下和自右向左3 个不同方向运动时大壁虎的运动行为及其脚掌的功能. 结果表明大壁虎的运动速度随步频的提高而增加, 但与脚掌的黏附时间与脱附时间无明显相关性. 大壁虎各脚掌产生相应的作用力以平衡重力和翻转矩, 并为运动提供必要的推力; 位于身体质心上方的脚掌在支撑身体、运动驱动、运动平稳等方面都起到关键作用; 竖直面内大壁虎在不同方向运动时运动行为和脚掌功能所发生的相应改变, 使得大壁虎能够在竖直面上安全高效的自由运动. 这一研究对仿壁虎机器人的结构设计、步态规划和控制的选择有所启发和帮助.     

1994年第五届技术创新“发现”奖

计算机硬件及电子学类 获奖项目:内斯特/英特尔的Ni1000芯片 创新者:迈克尔·格莱尔及马克·霍勒 虽然人们想象科学仿真机器人能够凭自己的能力去看、思想和探究世界,但在实际生活中,机器人难于模仿人类那怕是最简单的行为。目前,罗得岛的内斯特公司和加利福尼亚的英特尔公司联合开发了一种称为Ni1000的识别加速器芯片,它采用了最新的技术来模仿人脑的智力。 装有Ni1000芯片的的机器可以更好地承担对常规计算机来说是相当困难的辨别面孔的任务。     

智能时代的机器人

<正>机器人技术是21世纪科技发展的热点之一。所谓"机器人",一般人们把它定义为"像人一样的机器"。所以有些人认为,机器人应该做的和人一模一样,其实非也。实际上,机器人是利用机械传动和现代微电子技术组合而成的一种能模仿人某种技能的机械电子设备,所以机器人的样子不一定必须像人,只要能自主完成人类所赋予它的任务与命令,就属于机器人大家族的成员。下面小编带大家来一起认识智能时代中最不像人的机器人。     

动态点击

日本制成会弹跳的机器人腿日本冲电气公司研究人员近日模仿生物肌肉的功能制成了会弹跳的机器人腿。这种新型机器人腿长54厘米,宽8厘米,厚度与宽度差不多,弯曲膝盖后可以跳至离地3.1厘米高。这种机器人腿模仿人类的生物关节和肌肉功能,由弹簧和微型发动机制成,安装在机器人身上,无需复杂的控制系统。据介绍,此前会跳的机器人,需要在内部安装计算机来计算庞大的数据,才能控制好弹跳的姿势。冲电气公司开发的仿生机器人腿则简单实用多了。女性空调房里要穿丝袜夏天,女性都爱光脚穿凉鞋,在冷气充足的办公室里一待就是一天。而回到家里,常常也是…     

空间机器人的研究与仿壁虎机器人关键技术

简要回顾了国内外空间机器人的应用需求、结构性能和未来发展,提出空间机器人面临的科学问题和关键技术.空间机器人可分为机械臂系统、带陪护功能的机器人和检测服务机器人,特别关注基于范德华力机制,有望实现微重力下在空间站表面实现仿生壁虎机器人及干黏附的进展和关键技术.机械臂系统应特别关注满足高刚度结构轻量化需求的新材料、新设计和新制造技术、机械臂-作业对象-空间站多体系统动力学、真空-微重力-高低温-宇宙辐射特殊环境下机械臂运动系统的润滑技术等问题.带陪护功能的机器人需要研究在密闭、狭小、失重环境下,航天员生理、心理和行为的变化规律及其机器人构型、陪护效果和辅助作业的要求和解决方案,研究陪护需要的高级人工智能技术,从语音识别、表情识别到自然语义理解等交叉学科的问题.检测维护机器人的关键是发展高低温、空间辐射、真空及微重力下实现固体间的稳定接触技术、干黏附微纳米有序刚毛阵列的制造技术和基于干黏附的机器人设计和运动规划技术.     

家用机器人引发的伦理思考

<正>近年来,家用机器人成为全世界机器人工业的发展重心。不过,对于这种与人类近距离接触、长时间相处的机器人,大部分的讨论都聚焦在如何提高人们对于这类机器人的接受度,使机器人成为人类社会生活中的伙伴,却鲜少思考当这个期盼成真之时,可能会有的副作用──人类在情感上对于机器人过于依赖与信任,以及相应而来的危险。     

机器人有表情了

如果购买一个机器人当保姆，你是喜欢一个浑身冰凉、埋头苦干的机器人，还是喜欢一个能说会道、表情丰富的机器人？当然，很多人会选择表情丰富的机器人。最近，英国科学家已经研制出首个可以模仿人类基本面部表情的机器人了。     

"中国先行者"--我国第一台类人型机器人

走进长沙国防科技大学的机器人实验室,便有一台名叫中国"先行者"的机器人亲切地向人们打招呼:"您好,我是国防科大研制的第一台类人型机器人,欢迎您来参观,希望得到您的关心和呵护."这位具有人类外观特征、能模拟人类基本行为动作的机器人,身高1.4米,体重20公斤,是我国科技人员10年艰苦攻关的结晶,是中华民族智慧的又一次闪光.     

与人类共生型机器人

科幻世界是机器人大显身手的地方,而现实中的机器人也已经适应了工厂里的单纯性劳动。可是近一个时期以来,另有一种机器人甚至可以圆滑地与人类沟通、声情并茂地与主人共同生活,这种机器人的面世意味着人类智慧、行为模式的奥妙将有望进一步揭开。     

关于基于Galerkin截断的粘弹性结构动力学行为研究

随着高聚物材料和复合材料的广泛采用以及岩土力学、地质力学和生物力学的迅速发展,粘弹性理论的研究愈来愈受到重视,成为连续介质力学的重要组成部分.结构稳定性问题是力学系统稳定性研究的一个重要方面,特别是混沌和分岔等非线性动力学理论的发展为结构稳定性的研究提供了新的方法和观点,而结构稳定性问题也为非线性动力学的研究提供了物理和工程背景.Galerkin方法是一种广泛适用而又不失简洁的简化连续系统动力学数学模型的途径.本文综述了采用Galerkin方法分析粘弹性结构动力学行为的进展.分别总结了基于Galerkin截断研究粘弹性结构的稳定性和粘弹性结构混沌运动的成果.最后对研究前景进行了展望.     

狗可能会感受人类的内心

一项新的研究发现,狗也许可以感受人类的内心.当狗听到人类打哈欠的声音,也会跟着打哈欠,且如果打哈欠的声音来自主人,狗打哈欠的概率就会增加5倍. 不过,研究人员认为,狗可以轻易模仿人类行为,是否真的能了解人类,还有待进一步研究. 葡萄牙波尔图大学的研究人员对29只与主人生活至少6个月的狗进行了测试.他们录下主人打哈欠的声音,然后播放主人的哈欠声、另一女人的哈欠声及一个控制声给狗听.     

非连续约束变结构机器人运动机构的仿生: 概念及模型

机器人的运动能力、效率和可靠性是衡量机器人品质的重要指标, 要进一步提高机器人的品质, 还有若干关键科学问题尚没有得到澄清和解决. 我们从仿生壁虎机器人运动协调的困惑中发现, 这类机器人的腿式运动机构为开环-闭环转变, 闭环状态下与接触体形成拟态构件长度也有变化的变结构机构, 开环到闭环转变中自由度和约束也呈现非连续变化. 提出了非连续约束的变结构运动机构的概念, 建立了非连续约束的表述方程, 这类机构的驱动和控制设计是机器人运动系统进一步提高性能和效率的关键之一. 借鉴生物脊椎-外周运动神经系统对运动的控制策略, 提出这类机构的运动控制和驱动策略, 并指出腿式机器人未来发展必须解决的若干关键问题.     

双向力反馈控制系统的统一形式及稳定性分析

遥控机器人在太空、深海、原子能等高技术领域内有着重要的应用价值。遥控机器人研究中一个重要内容是双向力反馈控制系统的分析和设计,目前已有多种形式的双向力反馈控制系统.本文提出了一种新型的双向力反馈控制系统统一形式,同已有的双向力反馈控制系统统一形式相比更具普遍性和一般性,并基于算子无源性理论建立了双向力反馈控制系统稳定性分析的一般方法。本文提出的统一形式及稳定性分析方法对于遥控机器人双向力反馈控制系统的分析和设计具有重要的指导意义。     

神奇的人造肌肉

在中外的神话传说中都有神仙造人的传说.现在,科学家企图在实验室里用人类自身的结构和现有的材料制造出与人类接近的机器人,科学家把这种类型的机器人叫做"类人机器人".类人机器人不但具有高度发达的智慧,而且外形和生理机能也和人类比较接近.为了使得类人机器人看上去有人类协调的动作,科学家不但给"他们"装上像人类一样的关节,还得给"他们"安上人造肌肉和皮肤.目前,人造肌肉的研究逐渐成为新一代机器人的研究热点.