仿生机器人:开启机器人研制新领域

近年来,“仿生机器人”(英文Bionic Robot)十分流行,最普遍也最为人所知的就是机器狗。仿生机器人融合机械电子、计算机科学、传感及驱动技术等多门学科的高难度研究方向,是各类新型控制理论和工程技术的研究平台,也是目前机器人研究中最具有挑战性的一大难题。科技界认为,仿生机器人技术开启了机器人研制的新领域。

仿“章鱼”机器人(图片源自网络)

仿生机器人顾名思义,是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。目前在许多国家,由仿生机器人制作的宠物非常受欢迎;另外,仿生机器人可以担任环境监测的任务,具有广阔的开发前景;还有本世纪人类将进入老龄化社会,发展仿生机器人将弥补社会劳动力的不足,解决老龄化社会的家庭服务和医疗等问题,并能开辟新的产业,创造新的就业机会。实际上,仿生机器人有着十分广泛的应用前途。

首先,模仿某些昆虫而制造出来的机器人并非是一件简单容易的事。比如有科学家观察发现,蚂蚁的大脑很小,视力极差,但它的导航能力高超:当蚂蚁发现食物源后回去召唤同伴时,是把这一食物的映像始终存储在它的大脑里,并利用大脑里的映像与眼前真实的景像相匹配的方法,循原路返回。科学家认为,模仿蚂蚁这一功能,可使机器人在陌生的环境中具有高超的探路能力。

其次,不论何时,对仿生机械(器)的研究,都是多方面的,也就是既要发展模仿人的机器人,又要发展模仿其他生物的机械(器)。机器人未正式问世之前,人们除研究制造自动偶人外,对机械动物非常感兴趣,如传说诸葛亮制造木牛流马,法国机械师鲍堪松制造的凫水的铁鸭子,英国科学家、计算机先驱巴贝吉设计的鸡与羊玩具等,都非常有名。

在机器人向智能化发展的过程中,就有人提出“反对机器人必须先会思考才能做事”的观点,并认为用许多简单的机器人也可以完成复杂的任务。本世纪90年代初,麻省理工学院的研究人员制造出一批蚊型机器人,取名昆虫机器人,这些小东西的习惯和蟑螂十分相近;它们不会思考,只能按照人编制的程序动作。

科学家曾经为美国圣地亚哥市动物园制造电子机器鸟,该机器鸟能模仿母兀鹰,准时给小兀鹰喂食;麻省理工学院的研究人员研制出的电子机器金枪鱼在一定程度上可以模拟真实鱼的移动。日本和俄罗斯制造了一种电子机器蟹,能进行深海控测,采集岩样,捕捉海底生物,进行海下电焊等作业。

还有科学家正在设计金枪鱼潜艇,其实就是机器金枪鱼,行驶速度可达20节,是名副其实的水下游动机器。它的灵活性远远高于现有的潜艇,几乎可以达到水下任何区域;它可轻而易举地进入海底深处的海沟和洞穴,悄悄地溜进敌方的港口进行侦察而不被发觉,其前景十分诱人,挑战也十分严峻。

同样,研制昆虫机器,其前景也是非常美好的。例如,有科学家研制一种有弹性腿的机器昆虫,大小只有一张信用卡的1/3左右,可以像蟋蟀一样轻松地跳过障碍,一小时几乎可前进37米。这种昆虫机器最特殊的地方是突破了“牵动关节必须加发动机”的观念,它可以在战场上运送物品,或在其他星球进行探路。

此外,波士顿动力要把仿生机器人推向市场,他们在前不久出售了旗下机器狗系列产品;不过遗憾的是,这些机器狗极为复杂且昂贵。小米公司首款四足仿生机器人Cyber Dog最近亮相2021中国5G+工业互联网大会;它可以轻松处理11个传感器的海量数据,而且售价只有9999元人民币,受到了人们的欢迎。

仿生机器人的灵感来自自然界的各种动物,当然也可能是我们人类自己。这些仿生机器人都拥有一些共同的特点,比如可以抓住精密的物体而不造成损伤,也可以更加灵活地应对非结构化环境,完成更多自主的智能动作。虽然有人担心仿生机器人的智能会在将来超越人类,甚至控制我们,但这种担心是完全没有必要的。

其实,中国著名学者周海中在1990年发表的经典文章《论机器人》中就指出:机器人在工作强度、运算速度和记忆功能方面可以超越人类,但在意识、推理等方面不可能超越人类。可以相信,仿生机器人在未来不可能控制我们,它只能服务人类和造福社会。

由于近年人工智能技术飞速发展,仿生机器人在智能方面也取得了长足的发展。仿生机器人未来在服务、工程、安防、军事、医疗等领域的作用不可估量,其应用场景将越来越广。

文/吴宪博士(作者单位:日本东京工业大学情报理工学院)