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明天的机器人:微型机器人世界面面观

供稿人:istis  供稿时间:2005-9-14   关键字:微型机器人  无人飞机  迷你机器人  
微型机器人又称为“明天的机器人”――某些工作若用一台结构庞大、价格昂贵大型机器人去做,不如用成千上万个非常低廉的细小而极简单的机器人去完成。正是这一向微型化和超微型化方向发展的趋势,使得机器人走向更广阔领域,也使得我们看到了另外一个多姿多彩的世界。
 
生物技术与纳米技术结合:“骨肉之躯”超微型机器人
 
美国加州大学研究人员将生物技术与纳米技术结合起来,首次研制出“身上长有肌肉”、高度不到1毫米的超微型机器人。
 
研究小组负责人蒙特马诺教授介绍说,他们先给机器人安装了“骨骼”,这种“骨骼”既是一种塑料,又是一种半导体材料。借助于“骨骼”,再给这些机器人极精密的结构组织装上铰链,使其可以前后移动并弯曲。然后,将“活的”肌细胞安装在微型机器人“身上”,这些“活的”肌细胞收到信号后,会做出与真的肌肉一样的动作与反应。该小组发表在《自然材料》期刊上的研究论文指出,他们在试验中使用的肌细胞取自心脏组织,能自主抽动。研究团队中的一位成员说:“该装置可用于微型手术,也许它能将动脉中的脂肪斑推开。”[1]
 
30克重的无人飞机
 
瑞士科学家研制成一种微型机器人飞机(图1),其翼展为80厘米,重30克,可在室内飞行4分钟。飞机上装有两台各1克重的照相机和陀螺仪、微型控制器等,遇到障碍物时能自动转弯。
 
研究人员用碳纤维棒和轻木制造飞机骨架,用塑料薄膜造机翼和尾部。他们在每个机翼前端安装照相机,将两台相机同低功率微控制器相连。微控制器装在推进器后面,以每秒20次的速率通过照相机获取图像,并计算障碍物接近飞机的速度。当障碍物离飞机太近时,控制器会向飞机方向舵发出一个信号,使飞机完成90度转弯。为了解决飞机的“偏航”问题,研究人员将陀螺仪置于推进器后面,可测出其偏转速度。研究人员在256平方米的范围内试验飞机的避障算法,实验墙上涂有黑、白宽条带,以增强障碍物的对比度,使照相机得以识别障碍物墙。飞机的高度由无线操纵杆操控[2]

图1
“智能胶囊”
 
患肠胃病的病人终于有了福音,以后只需要吞下一个“智能胶囊”就可以检查治疗肠胃等腹腔内疾病了,不必忍受现今的内窥镜治疗、放射造影手术治疗等治疗方式带来的痛苦。我国中科院安徽合肥智能机械研究所所长梅涛承担研究的国家“863”计划重点课题“无线肠胃检查机器人关键技术研究”近日在北京通过国家验收。
 
该微型机器人有着光滑的外表和角质,与普通医药胶囊无异。在人体模型面前,工作人员演示了该“胶囊”──微型机器人的工作原理和方法:先给微型机器人通电,然后把它送入身体内,机器人缓慢地随着人体的肠胃运动遍历胃肠道,机器人体内携带的微型摄像单元以约5秒/帧的速度拍摄腔道影像,并通过微型无线发射模块以射频信号的形式传送至体外接收装置,工作人员可以在接收装置上进行医学图像观察处理和诊疗[3]
 
协助核磁共振成像仪诊断癌症
 
英国科学家正在开发一个可以安装在核磁共振成像仪中的微型机器人,以提高前列腺癌活检诊断的准确度。
 
目前的针刺活检是通过超声波技术来确定前列腺腺体的位置。伦敦皇家大学的亚历克斯大夫认为,超声波提供的图像很差,很难找准前列腺所在的位置,就算大夫多取了几个样,但由于瘤子还非常小,很容易取错地方。亚历克斯还表示,尽管核磁共振成像仪是拍摄体内软组织图像最可行的最好方法,但由于扫描空间太窄,很难对整个组织进行全面扫描。
 
新型机器人可以让大夫在外面对扫描进行控制,移动扫描线路,查找病变的地方,而患者还是像以前一样躺进核磁共振成像仪中,核磁共振成像仪能使他们更加准确地知道前列腺的哪个部位需要检查。预计这一系统一年半内可完成[4]
 
引诱蟑螂的迷你机器人
 
根据6月号电机电子工程师协会(IEEE)机器人与自动化期刊报道,瑞士洛桑的科学家已成功地用微型机器人渗透到蟑螂的群落。这批微型机器人具有足够的复杂功能,可和这种世界上生存适应能力最强的昆虫进行互动。
 
这款被称为“InsBot”(insect-like robot,“昆虫似机器人”的简称)的微型机器虫模仿昆虫的嗅觉与动作微妙微肖,甚至被正宗的蟑螂接纳为同类。InsBot的前身称为Alice,以往体形太笨重,但科学家说InsBot仍有改良的空间。InsBot呈绿色,如火柴盒般大,内建六个2D彩色相机、两个触觉天线、一个振动感测器,以及一个光感测器,用来侦测蟑螂是否在附近——这是一项艰难的任务,因为蟑螂是咖啡色的,而且通常栖身于黑暗的环境。这项实验属于欧洲Leurre计划的一部分,该计划的主旨在于研究生物学与机器人学之间的交集。科学家相信,如果能用机器人来模仿动物并作回应,那么终究可能控制动物的习性[5]
 
微型“海陆空”
 
在21世纪的战场上,“微型战士”这些很难察觉的“小人”可以神不知鬼不觉地潜入敌军纵深或关键部位,收集并发送情报甚至直接发起攻击。军事家们预言,“微型战士”的出现,将改变未来战场的面貌。在21世纪战场上,“微型战士”由于其工作原理不同,功能各异,活动的空间有别,因而也将出现不同的军兵种,主要包括微型陆军、微型海军、微型空军和微型天军。
 
微型陆军又称“陆地昆虫”,它实际上就是由一个个微型机器人组成。这些微型机器人也称之为小型自主车,其长度仅几厘米,重量几千克。主要装有微电机作为其动力系统,可以驱动它的几条腿行走;微处理器,作为其控制系统相当于人脑;还有传感器,相当于人的眼睛和耳朵,只是由于其传感器种类不同,有时人眼看不到的地方和东西,它却能看到。目前已问世的“陆地昆虫”主要有各种微型机器人、“蚂蚁雄兵”、“间谍草”等。
 
微型空军由各种不同的微型飞行器组成。微型飞行器在未来的战场上可以执行侦察、监视、攻击等多种任务。由此,可以根据其任务的不同把微型空军区分为侦察兵、谍报员、攻击手、通信兵等兵种。目前研制的主要有“蝙蝠”、“侦察蝇”、“空中飞鸟”、“毒刺黄蜂”、“空中小间谍”、“袖珍式无人机”等。
 
微型海军主要包括纳米鱼雷、纳米水雷、纳米导弹、纳米炸弹、纳米雷达、水下深潜探测器、无人水面侦察快艇、无人遥控飞行侦察器、微型侦察潜艇等。目前,已有不少国家研制了小阻力、低噪音、高爆炸力的纳米鱼雷和纳米水雷,还有微型侦察潜艇。微型侦察潜艇也能够在战前或紧急情况下投放到有关海域,以完成特定的侦察任务。海战中的侦察平台包括无人水下深潜探测器、无人水面侦察快艇、无人遥控飞行侦察器等可以做得日趋微型化或超微型化。有关军事专家认为:纳米技术可以把现代或未来的水下深潜探测器或空中飞行侦察器上的全部电子系统集成在一块芯片上,实现上述目标完全可能。
 
除微型陆军、微型海军和微型空军之外,还有以纳米卫星为主的微型天军[6]
 
参考文献:
 
[1] Micromachine grows its own muscles 2005-01-17
 
[2] A 30-gram Indoor Flying Robot 2005-08-18
 
[3] 胶囊微型机器人可进入肠胃查病 05-08-02
 
[4] Tiny robot to help cancer diagnosis 2005-03-14
 
[5] 引诱蟑螂的迷你机器人 2005-07-28
 
[6] “微型战士”纵横于未来战场
 

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