最新的仿生救灾机器人

编译李忠东

最新的仿生救灾机器人

编译李忠东

仿生救灾机器人是模仿生物、从事生物特点工作的机器人，在救灾中大有用武之地。当地震、矿难和火灾等灾难发生后，在废墟中搜寻幸存者，尽快救出被困者并给予必要的医疗救助，是救援人员面临的紧迫任务。实际经验表明，超过48小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低。一些大面积的倒塌建筑，可以借助机械挖掘搜索。而废墟中形成的狭小空间，使救援人员甚至救援犬也无法进入，就需要仿生机器人来完成搜救。它们负重能力极强，能够携带多种传感器，根据救援现场的声音和温度等条件有效搜寻到遇难者。同时，由于其可以不断通过电池补给的方式续电，大大提高了搜救的效率。

煤矿安全事故发生的原因极其复杂，并且存在突发性、灾难性和破坏性的特点。在出现瓦斯爆炸和火灾等灾害事故后，不但会造成严重的经济损失，同时还会造成重大的人员伤亡。由于灾难现场情况复杂，救援人员自身安全得不到保证，这时只有依靠仿生机器人。在火灾发生事故现场，救灾机器人有较强的移动能力，能根据现场分析实际情况，自动攀爬楼梯，并利用传感器向救援人员传递现场第一手资料，辅助现场指挥人员做出正确判断。同时，它还具有消防功能，能自动喷水，有效灭火，在抢险中发挥巨大的作用。

1、“萨尔托”高26厘米重100克

灾难现场充满了不确定性和不可预知性，仿生救灾机器人要在极其复杂的环境中完成任务，必须具备自主性、灵活性、实用性以及耐用性，因此加大了研发难度。为了发挥更大的作用，使救援更加方便，仿生救灾机器人技术的发展需要融合人工智能技术、计算机技术、仿生学技术、遥感技术以及网络技术。下面介绍的是两款最新的仿生救灾机器人。

“萨尔托”酷似夜猴 能蹬墙“跑酷”

在非洲，生活着一种名字叫着夜猴的小型灵长类动物。它是目前知道的在垂直起跳时敏捷性最强的动物，跳到的高度达1.74米，而用时仅0.74秒。起跳之前，这种猴子采用蹲伏姿态，把能量储存在腿腱里，以确保跳到仅靠肌肉所达不到的高度。

美国加利福尼亚大学伯克利分校的邓肯·霍尔丹等研究人员从夜猴的起跳方式受到启发，设计出一种名叫“萨尔托”（SALTO）的机器人。它重100克，身体全部展开高26厘米。采用起跳开始时部分能量存储于弹簧以供后半程释放的单腿起跳机制，并由马达驱动。测试显示，“萨尔托”能垂直起跳至1米的高度，用时0.58秒。

2、从夜猴的起跳方式受到启发

1、“陶博”的模样像蝗虫，拥有惊人的跳跃能力

2、准确完成侦察任务

“虽然‘萨尔托’的弹跳能力比夜猴梢逊一筹，但比其他任何一款机器人的垂直起跳敏捷性都要高。”霍尔丹表示，“由于个子小巧，跳跃敏捷，它有望在地震、矿难和火灾或建筑倒塌等情况下迅速穿越废墟，利用所装备的传感器来探测被困人员，执行救援任务。”

特别值得一提的是，这种设计方式还可以使“萨尔托”完成一种“跑酷”动作。就像许多年轻人喜欢的这项运动一样，从地面上起跳后，借助脚蹬墙的反作用力第二次起跳，用一个很潇洒的动作达到更高的高度。使用“跑酷”动作，“萨尔托”能够跳到1.21米高。

霍尔丹在美国《科学》杂志子刊《科学-机器人》刚刚出版的创刊号上介绍说，“萨尔托”并不是单次起跳高度最高的机器人，像一种叫TAUB的机器人单次起跳能跳到3.2米的高度。它确实跳得高，但起跳前却要先在地面上准备几分钟。而“萨尔托”却技艺高超，可以在地面上连续多次垂直起跳，跳得又快又高。

“陶博”模仿蝗虫 跳跃能力惊人

人们对蝗虫没有什么好印象，毕竟它一直以来扮演的都不是什么好角色，历史上曾经多次给人类带来灾难。在科幻片《蝗恐之灾》中，蝗虫演绎出了骇人的杀手天性。然而这并不妨碍科学家们从它们身上寻找灵感，从害虫中挖掘出益处。由以色列特拉维夫大学生命科学学院动物学专业阿米尔·艾亚里教授，特拉维夫大学工程学员嘉柏·科莎博士和ORT Braude学院机械工程系尤里·本-哈南博士带领的团队在对蝗虫进行研究之后，发现它的弹跳主要分为三个阶段，首先是曲起后腿，然后在保持后腿弯曲的前提下逐渐张紧腿部肌肉，最后快速释放曲起的后腿完成弹跳。他们完全解锁了这个经过亿万年进化所形成的完美弹簧机构，并将其应用于自己的跳跃式机器人设计中。通过对这些过程的模仿，实现了惊人的跳跃能力。

研究人员并没有试图研发出蝗虫精确的机械复制版，而是重点关注在一些蝗虫非常成功的跳跃机制。他们应用3D打印技术开发出模样像蝗虫的“陶博”（TAUB）机器人。它全长12.7厘米，重量28克，用弹簧、小电池和微控制器以及一个用3D打印的ABS材质主体，腿部材料为硬炭棒。“陶博”模仿蝗虫的弹跳过程，由内置电池驱动。弯曲腿部时将其锁定，能量聚集到达上限时，能够产生巨大的爆发力，直冲上天，跃至水平距离1.4米，高度3.4米，惊人的跳跃能力超过了蝗虫，真可谓“青出于蓝而胜于蓝”。研究人员计划，在“陶博”现有的基础上加上滑翔构造，以扩展其跳跃的范围，执行多个转向跳跃，实现对其跳跃过程中更多的控制，降低着陆时的冲击力。从扩大机器人的可能的应用领域，使其能够在真实任务场景中具备更大的能力。

《生物灵感与仿生学》期刊发表了有关该项研究的论文，阿米尔·艾亚里教授在文中表示，从外观上看，“陶博”（TAUB）机器人有点不修边幅，但考虑到这只是第一代试验产品，至少还是有点蝗虫样子。这个蝗虫风格的仿生机器人将在地震、矿难和火灾等灾害发生后危险区域搜救时扮演重要的角色，能够与操作人员之间产生良好的互补，在崎岖地形快速准确地完成搜索、救援和侦察任务。□

（编译自www.dailymail.co.uk；www.sciencedaily.com）

责任编辑 / 周 洋

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