【導讀】人們生活對智能化要求的提高也促進了機器人的發(fā)展，在這樣的背景下，機器人技術的發(fā)展可以說是一日千里，未來機器人將在以下技術的基礎上飛速發(fā)展。本文盤點了關于機器人未來十大關鍵技術發(fā)展趨勢，供大家學習了解。
當前各個國家對機器人技術都是非常的重視，人們生活對智能化要求的提高也促進了機器人的發(fā)展，在這樣的背景下，機器人技術的發(fā)展可以說是一日千里，未來機器人將在以下技術的基礎上飛速發(fā)展。
人機交互技術
東芝在本周舉辦的 Cutting-EdgeIT& Electronics Comprehensive Exhibition （CEATEC）展會上發(fā)布了一款全新人形交互機器人，而其最大特色就是可以通過手語與人交流。
據悉，多虧了關節(jié)中內置的43個電動機，這個名叫 AikoChihira 的女性角色機器人的肢體運動相當自然流暢，這也讓手語表達成為了可能。不過，機器人動作模擬技術目前還存在諸多限制，東芝計劃在2020年以前推出更為全面智能的手語交互機器人，而實現(xiàn)這個目標就必須將語言表達、語音識別、動作控制等多個系統(tǒng)完美結合在一起。值得一提的是，AikoChihira 計劃的最終目標是為老人以及老年癡呆癥患者提供服務，在陪伴他們的同時還能幫助醫(yī)護人員或者其親人進行實時監(jiān)護。
除了東芝以外，很多科研機構也參與了AikoChihira 計劃。東芝已經和大阪大學展開了深入合作，而后者則一直致力于人形機器人的設計和開發(fā)工作，所以AikoChihira 才會看起來如此真實。另外，芝浦科技學院和湘南工科大學在運動傳感器技術和機器人驅動技術方面也給予該項目很大幫助，而東芝則創(chuàng)建了AikoChihira 的運動控制與協(xié)調算法。
有感情的機器人：讀懂表情
許多機器人的存在只是為了完成某些工作或特定的任務，有“情感”的機器人相信大家都只在電影中才會見到。來自東南大學機器人傳感控制實驗室的吳涓教授透露說，該實驗室的研究團隊已完成了情感交互機器人的初步設計。
一般來說，當人和機器人接觸的時候，由于機器缺乏可辨認的性格，因此和人沒有情感的互動。吳涓表示，其實只要把人的表情、動作的特定的信號提取出來，再交給機器人，那么它就會識別人的表情，辨別別人對它的動作到底是粗暴還是友好，從而做出相應的反應，可以與人的情感形成互動。
經初步設計，這個機器人通過提取人的嘴部、眼睛的幾十個甚至數百個關鍵點的數據信號，從而能夠非常準確地讀懂人的高興、憤怒、憂傷等種種表情，并將它們模擬出來。通過感覺、觸覺的設計，該機器人也能夠分辨對它進行的是撫摸還是按壓、打擊等動作，如果對它撫摸，它會開心地笑，如果對它打壓，它則會表現(xiàn)出很憂傷，是個有感情的機器人。
吳涓分析說，由于目前對于人的情感的科學基礎研究還不夠，因此目前研究出來的情感交互機器人其實和真人的情感交互還有很大的距離，它只是能夠識別一些簡單的表情，對于動作的識別也局 限于一些固定的動作，但是未來隨著人機交互技術的進一步發(fā)展，我們和機器人的“情感”交流將會越來越順暢。
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軟體機器人控制技術
機器人在大部分人眼里一直都是像擎天柱一樣的鋼筋鐵骨，不過事實并不總是這個樣子的。最近，來自美國普渡大學的研究人員就發(fā)明了一種由輕質惰性泡沫材料制成的軟體機器人，為了讓它像機器手臂一樣可以自由彎曲，研究人員還在在泡沫材料的表面覆蓋了一層特殊的“衣服”，而這層聚合物纖維在受熱的情況下可以自由改變形狀和堅硬度，作用就如同附著在骨骼上的肌肉一般。
該項目的負責人稱，這種能夠變形收縮的機械纖維將被廣泛用于機器人領域，而他們也有計劃以此為基礎研制新型飛行機器人。另外，由于成本低重量輕，機械纖維機器人十分適合用于太空探索，要知道每多將一克物質送上太空，整個發(fā)射成本都會顯著增加，而美國航空航天局也已經開始著手研究這類軟體機器人。不僅如此，對于醫(yī)療領域來說機械纖維也是一種極好的材料，比如可以制成骨折病人的外固定支架，在提高固定效果的基礎上又減輕了患者的負擔。
液態(tài)金屬控制技術
據英國《每日郵報》9月23日報道，美國北卡羅來納州一個科研團隊日前研發(fā)出一種可進行自我修復的變形液態(tài)金屬，距離打造“終結者”變形機器人的目標更進一步。
科學家們使用鎵和銦合金合成液態(tài)金屬，形成一種固溶合金，在室溫下就可以成為液態(tài)，表面張力為每米500毫牛頓。這意味著，在不受外力情況下，當這種合金被放在平坦桌面上時會保持一個幾乎完美的圓球不變。當通過少量電流刺激后，球體表面張力會降低，金屬會在桌面上伸展。這一過程是可逆的：如果電荷從負轉正，液態(tài)金屬就會重新成為球狀。更改電壓大小還可以調整金屬表面張力和金屬塊粘度，從而令其變?yōu)椴煌Y構。
北卡羅來納州立大學副教授邁克爾·迪基（MichaelDickey ）說：“只需要不到一伏特的電壓就可改變金屬表面張力，這種改變是相當了不起的。我們可以利用這種技術控制液態(tài)金屬的活動，從而改變天線形狀、連接或斷開電路等。”
此外，這項研究還可以用于幫助修復人類切斷的神經，以避免長期殘疾。研究人員宣稱，該突破有助于建造更好的電路、自我修復式結構，甚至有一天可用來制造《終結者》中的T-1000機器人。
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機器人生物行走技術
新一代微型生物機器人能收縮肌肉。美國伊利諾斯大學厄本那香檳分校工程師展示了一類行走“生物機器人”（bio-bots ），由肌肉細胞推動、電脈沖控制，研究人員能對其發(fā)號施令。相關論文在線發(fā)表于最近的美國《國家科學院學報》上。
“不管你想制造任何種類的生物機器人，由細胞驅動的生物刺激都是一項基本要求。”負責這項研究的伊利諾斯大學厄本那香檳分校生物工程主管拉什德·巴什爾說，“我們正在把工程原理與生物學整合在一起，設計開發(fā)生物機器人和用于環(huán)境、醫(yī)療方面的系統(tǒng)。生物學非常強大，如果我們能學習利用其優(yōu)勢，將帶來許多好東西。”
巴什爾小組用3D打印技術造出一種柔韌的水凝膠和活細胞組成的生物機器人。以前，他們也曾用跳動的小鼠心臟細胞造出一種能自己“行走”的生物機器人，但心臟細胞不停地收縮，讓他們無法控制機器人的運動。因此要用心臟細胞來設計生物機器人是很困難的，它不能隨意開關、加快或減慢速度。
新設計的生物機器人受自然的肌腱骨骼啟發(fā)。據物理學家組織網近日報道，他們用3D打印水凝膠制成主骨，既能支持生物結構，又能像關節(jié)一樣彎曲。再把一條肌肉錨在主骨上，就像肌腱把肌肉附著在骨骼上。生物機器人的速度由電脈沖頻率來控制，頻率越高，肌肉收縮越快，生物機器人也就走得越快。
“骨骼肌細胞很有吸引力，你可以用外部信號來調整它的步調。”巴什爾說，“比如設計一種設備，讓它能在感覺到某種化學物質或接到某個信號時開始工作，可以使用骨骼肌。我們把它作為設計工具之一，工程師在設計時，還有不同的方案。”
“這完全是自然的，我們的研究基于仿生設計原則，如肌肉骨骼系統(tǒng)的自組織。”論文第一作者、研究生卡洛琳·茨威特科維奇說，“本成果代表了生物機器開發(fā)與控制方面的重要一步，能夠刺激、訓練或培養(yǎng)它們來工作。這種系統(tǒng)最終可能發(fā)展成一代生物器，用于藥物遞送、手術機器人、‘智能’移植、移動環(huán)境分析器等。”
下一步，研究人員將加強對生物器運動的控制，像集成神經元那樣，用光或化學物質控制生物器向不同方向運動。“我們的目標是把這些設備用作‘自主傳感器’。”巴什爾說，“比如，讓它能感覺到某種化學物質，朝它運動并釋放中和劑。刺激控制生物器是向此目標邁進的一大步。
機器人透視技術
據國外媒體報道，目前，美國加州大學最新研制一款具有“透視眼”能力的機器人，在兩個機器人之間釋放無線信號，通過測量信號強度的變化，將觀察發(fā)現(xiàn)墻壁內部的物體。該技術可用于尋找困陷在建筑物中的傷員，或者監(jiān)控家中的老年人。
該系統(tǒng)是由美國加州大學科學家YasaminMostofi 博士最新研制的，這兩個機器人裝配著輪子，一個釋放無線信號，另一個探測接收信號強度。
當機器人環(huán)繞正方形混凝土建筑物時，彼此離開視線范圍之內，它們能夠計算出建筑物內部的事物，甚至可以識別出人類。其工作原理是當途經墻壁和其它物體時，測量信號強度的衰減程度。
通過測量無線信號的衰減情況，機器人可以繪制一張視覺地圖，呈現(xiàn)觀測大約100秒的透視景象。研究人員指出，這項研究結果非常令人滿意，誤差不超過5厘米。
研究小組表示，我們的目標僅是使用無線信號透視厚墻壁觀察完全未知區(qū)域。這項技術可由任何無線激活裝置實現(xiàn)，目前我們賦予機器人“透視眼”功能。
雖然一些現(xiàn)代無人操控機器人使用激光掃描器觀察前方的物體，但卻不能透視鄰近的物體或者墻壁。研究人員指出，這項最新技術將是機器人運動設計的革命性創(chuàng)新，賦予無人操控機器人一些新的功能。
他們認為這項技術潛在廣泛應用，其中包括：地震災難之后的搜尋和營救工作。“透視眼機器人”無需挖掘便能檢測探索考古遺址。
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敏感觸控技術
不要以為機器人的敏感度很差。美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology， MIT ）視覺科學學科聯(lián)合波士頓東北大學研究團隊近日成功研制了一種觸覺傳感器GelSight ，比人類的手指更加靈活敏感。
此次麻省理工學院及東北大學聯(lián)合研究團隊開發(fā)的“機器人手指傳感器”突破了此前機器人手部關節(jié)不靈敏等限制，甚至比人類手指更加靈活敏感，因此受到了各界矚目。該傳感器不是以機器來辨識觸覺，而是以3D視覺實時定位物體的方位，以實現(xiàn)對物體的識別和傳感。
據悉這種技術比人類的手部觸覺靈敏約100倍。 GelSight 內置有紅色、黃色、白色、藍色等照明設備， GelSight 可根據指示的信號迅速做出反應，根據麻省理工學院方面公開的演示視頻更可直觀的感受到 GelSight 的強大功能。裝置了 GelSight 傳感器的機器人可輕松拔出裝置在電腦上的USB，但未裝置 GelSight 的機器人則無法完成該動作。
據悉， GelSight 最大的特征在于，最快的辨識物體的視覺信號，并馬上將其轉化為觸覺信號。
機器人用可伸縮電線
日本綜合型化學企業(yè)旭化成將于9月1日發(fā)售可以像橡皮筋那樣伸縮的電線?！度毡窘洕侣劇?月26日報道說，通過在具有彈性的聚氨酯纖維（中國稱：氨綸） 中以螺旋狀嵌入可通電的導線，使得電線可以伸縮，且不易出現(xiàn)松弛。與容易松弛的以往電線相比，自由自在的變形將成為可能。旭化成力爭將這種電線應用于實現(xiàn)復雜動作的擬人機器人和穿戴型輔助機器人。
該電線由旭化成其旗下子公司、從事紡織業(yè)務的旭化成紡織公司開發(fā)。在拉伸時可以伸長至1.4倍，同時在反復彎曲直至斷線的耐久性方面也是以往產品的10-100倍。
以樹脂材料作為保護的一般電線在用于機器人時，在手腕做彎曲動作等的情形下，容易形成松弛或纏繞。而旭化成開發(fā)的這種伸縮性電線將可以依照其實施的擬人動作合理布線。
首先，面向彎曲部分使用電線的工業(yè)機器人，旭化成將開拓以往產品的替代性需求。該公司將以“ROBODEN” （意為機器人電線）的產品名，通過米思米集團總部的電子商務網站銷售。在價格方面，1米以內長度為3萬日元（約合人民幣1772元）左右。旭化成計劃向電子企業(yè)和精密機械企業(yè)等銷售，力爭3年內實現(xiàn)3億日元左右的銷售額。
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機器人可自行組隊技術
相信對于有密集恐懼癥的人來說，看到1000只排得密密麻麻的小機器人在桌面上一起移動絕對不會感到好受。不過這仍無法阻礙哈佛大學的工程師們打造這樣的系統(tǒng)。據悉，研究團隊使用了1000只組裝簡易的小型機器人，每個造價20美元。 據介紹，每組裝一個這樣的機器人需要5分鐘的時間，也就是，他們花費了83多個小時完成了這項艱巨的任務。
之后，他們?yōu)檫@些小小的機器人提供了多套算法，這樣它們就能移動形成多種形狀。
團隊負責人、哈佛大學電子工程師Michael Rubestein 介紹道：“我們打造了一群機器人版的 蜂群 ，它專門以大部隊的形式工作。不過（這套系統(tǒng)）也存有一個缺陷，那就是機器人的功能性并不強大，并且還有諸如噪音距離傳感及移動困難等多個可變因素。”Rubenstein 表示，他們希望打造一套可以完成復雜全局任務的機器人“蜂群”。
目前，這套系統(tǒng)面臨的最大問題并不是組裝所需花費的時間，而是如何開發(fā)出一套可以精準控制這群小機器人的算法。
就目前來看，現(xiàn)在這套系統(tǒng)更多的像是機器人對自己的編程控制，而不是執(zhí)行一個可讓人類受益的任務。另外，Rubenstein 表示，他們未來將可能用更小的機器人打造一個更大的“蜂群”，進而了解控制體積更小機器人的方法。
造房子機器人：或成為未來主流
一個被稱為Minibuilders的全新3D打印建筑機器人套件，可以像建筑工人那樣3D打印出一間房屋，其快速、低價、安全讓建筑機器人將有可能成為下一代強大的建筑必備工具。
其運作方式基本上和同類型的無人建筑機器人一樣，逐層澆筑流體建筑材料。但是它最大的不同，就是可以打印的建筑體積更大，而且設計方法也與眾不同。
這套系統(tǒng)的核心是一個龐大的主部件，有兩個裝有液化合成大理石的大型圓筒，大理石經獨特的配方制成。氣胎注射筒會通過長長的管子推動材料，那些管子將被安置在一個建筑工地上，與三個敏捷的專業(yè)附屬機器人協(xié)同工作。有些研究人員會覺得自己就像是一個建筑師，把自己的建筑構想通過一個巨大的獨立機器變成現(xiàn) 實，而Minibuilders的團隊扮演角色就像是一個“包工頭”，在建設過程中“招募”各相關領域里的建筑專業(yè)資源。
和構建傳統(tǒng)建筑物一樣，建筑流程需要從一個堅實的地基開始。“地基機器人”是一臺裝配了傳感器的設備，可以沿著地上標記的線進行工作。建筑師可以在建筑臺上面先勾勒出建筑的輪廓，然后地基機器人就開始進行連續(xù)螺旋式循環(huán)，澆筑好前20層建筑材料。基本上，我們可以把這個地基機器人看作是一個從底層開始堆積建筑材料的“建筑師”。
一旦地基鋪好，建筑工人可以把一個“抓握機器人”緊夾在地基上面，它和地基緊密的黏合在一起，瞬間就能變成從世界上最先進的 “小鏟刀”。
抓握機器人的噴嘴可以水平移動，使用更多材料在地基基礎上來創(chuàng)造建筑，它還可以在建筑物上面增加動態(tài)紋理。在澆筑一層全新材料的時候，為了加速材料的干燥固化速度，抓握機器人還配置了一對加熱器，這對加熱器可以吹出熱風，熱固大理石混合。由于材料堅硬，支持在水平方向進行擴展，因而機器人可以打印屋頂或其他懸臂結構。
可以肯定的是，Minibuilders將在未來建筑機器人領域里扮演一個非常重要的角色。
