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能控制宿主的寄生機器人問世,在千奇百怪的機器人世界 總有動物為人類的靈感買單

提到控制動物的行為方式和運動軌跡,我們首先想到的會是腦機介面,它們通常通過腦機介面給動物大腦皮層不同的電刺激,來改變它們的行動意志。然而,像腦機介面這麼複雜的黑科技很多人玩不轉,所以就有人想出了更簡單控制動物行為的黑科技—寄生機器人。

顧名思義,寄生機器人就像寄居蟹那樣,給機器人找一個宿主,以宿主與機器人配合的方式完成人類需要的工作。當然,對寄生機器人來說最好的宿主就是烏龜了,因為它的外殼天生就是安裝機器人的最好「牆體」,而且烏龜水陸兩棲的特性也能幫機器人解鎖更多運行模式。

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上圖就是韓國先進科技學院(KAIST)的研究人員在龜類機器人,它可以通過使用 LED 燈使龜沿著特定路線運動。KAIST 研究人員認為,動物機器人可以為各種領域中具有局限性的傳統移動機器人系統提供替代解決方案。例如:在搶險救援任務中,它們可以完成人類和機器人都難以做到的事情(寄生機器人可以搭載攝像頭,為研究人員提供災害現場的清晰畫面)。動物機器人可以為動物帶來新的行為方式,這個行為值得生物學家和其他科學家深入研究。

那麼,機器人是怎樣控制烏龜運動去到達自己想去的地點的呢?這源於我們每個人都知道的初中時學到的知識點—條件反射。首先,龜上方的顯示器上有紅色的 LED,只有在進餐時間才開啟,如此持續作用兩個星期,這樣龜就學會了將紅色 LED 與食物聯繫在一起。然後,將寄生機器人安裝在龜的背甲上,還安裝了與龜大小相匹配的增強現實顯示器和一個呈 120? 的弧行條帶,5 個紅色 LED 分別安裝於弧行條帶上。由於龜早已將紅色 LED 與食物聯繫在一起,故而轉動其中任意一個紅色 LED 都能夠誘使龜向所需方向移動。寄生機器人通過調動線性電機從注射器中噴射出凝膠型食物來獎勵龜的正確運動行為。

如果有人說烏龜的行動太過緩慢了,但恰恰是因為它的行動緩慢,也為初期的研究帶來很多便利條件。因為烏龜行動緩慢且勻速,很利於研究人員對它進行觀察和控制。而且烏龜具有良好的視力和長期記憶,研究人員很容易對它構建長期穩固的條件反射體系。

韓國先進科技學院(KAIST)的研究人員在 5 周的時間內,試驗了 5 只龜的實驗表明,寄生機器人成功地引導龜沿著特定的路徑運動,平均每 75秒可以運動 5 米。而且,隨著寄生機器人的持續升級將不斷提高龜的運功性能。在實驗的最後一天,龜完成的任務路線與理想路線之間的平均偏差僅僅稍高於 3%。

當然,這種機器人也存在天生的弊端。既然是動物,天生就有趨利避害的本質,如果在災害救援現場,研究人員想要觀察的地形太過危險,烏龜自身也是不願前往的。但是,如今非常火爆的機器人市場,機器人本身的運動看上去會很滑稽,大多數場合并不適合使用,特別是嘗試做一些簡單的動作時,機器人根本不如動物完成的優秀。動物已經經歷了數百萬年的生物進化,為自己精心設計並優化了一種具有通用性和高效率的運動方式。所以在運動機器人並不成熟的今天,寄生機器人無疑是很多科學家最優的選擇。

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