據(jù)Science News for Students報導，每當說起機械人的時刻，你能夠會想到《機械人總發(fā)動》（Wall-E）中的機械，它的設計是為了完成很多無聊的義務，好比緊縮渣滓。但現(xiàn)在的工程師們正在制作能做更多風趣任務的機械人，好比蛇形機械人未來可以在地動后尋覓受益者，或許贊助大夫停止手術。水下機械人或許可以或許率領魚類闊別情況災害，人形機械人可以贊助得了疾病或身材殘疾的人。
為這些機械人編程并制作它們長短常吸惹人的任務。很多研討人員對試驗室中的機械停止修補，并編寫盤算機軟件來掌握它們。美國卡內(nèi)基梅隆年夜學的豪維·喬塞特（Howie Choset）說：“它們是市情上最好的玩具。”喬塞特是個機械人專家，重要從事機械人設計、編程和制作任務。
奇異的蛇形機械人
當喬塞特照樣個孩子的時刻，他對任何能挪動的器械都感興致——汽車、火車、植物。他把馬達放在小玩具汽車上，以讓它們挪動。后來，在高中時，他制作了相似于小型汽車的挪動機械人。
為了持續(xù)從事機械人研討任務，喬塞特在年夜學里進修盤算機迷信。但當他在帕薩迪納的加州理工學院讀研討生時，喬塞特發(fā)明同事們正在研討比遙控汽車更酷的器械——機械蛇。有些機械人只能向前、向后或閣下挪動。然則蛇形機械人可以歪曲著前去分歧的偏向，而且可以在很多分歧的地形上前行。喬塞特總結道：“機械蛇比汽車風趣很多。”
圖1：喬塞特及其團隊研發(fā)的機械蛇，它可向分歧的偏向歪曲前行。這些蛇形機械人可以轉動向前，漸漸地爬上或人的腿，乃至還會泅水
開端在卡內(nèi)基梅隆年夜學任務后，喬塞特和同事們開端開辟他們本身的蛇形機械人。典范的蛇形機械人由金屬容器相互銜接起來的，每一個部門都由馬達和電子部件在外面。喬塞特的團隊給蛇形機械人編程，讓它像真實的蛇那樣挪動，好比滑行懈弛慢進步。這類機械人也會以不屬于蛇的方法挪動，好比轉動。喬塞特的蛇形機械人可以爬過草地，在水池里泅水，乃至爬上旗桿。
這些機械人還有別的一個特色：它們可以在狹窄的空間中靈活。喬塞特說：“蛇可以進入我們沒法達到的處所，是以這類機械人也能夠被用于搶救性命。”舉例來講，在地動產(chǎn)生以后，蛇形機械人或許可以或許贊助人們發(fā)明被困在坍毀修建物中的人。關于救濟人員來講，搜尋那些修建物長短常風險和艱苦的。然則，在裝備了攝像頭的蛇形機械人的贊助下，救濟人員可以在廢墟的平安間隔外搜索幸存者。在搜救人員的贊助下，喬塞特在德克薩斯州名為“災害之城”的救濟人員培訓基地測試了他的機械人。
然則喬塞特想曉得，他的蛇形機械人能否在醫(yī)學上也有效。關于有些心臟手術來講，大夫必需翻開病人的胸部，切開胸骨。而這些手術的恢復長短?？喑?。假如大夫可以經(jīng)由過程在身材上開個小洞并發(fā)送修長的機械蛇來完成手術，成果會若何？喬塞特團隊今朝正與哈佛醫(yī)學院的心臟內(nèi)科大夫馬可·澤納迪（Marco Zenati）協(xié)作研討這個設法主意。
澤納迪在胸部的塑料模子上演習應用機械人，然后在豬身上測試機械人。他給豬注入麻醉劑，如許它們就不會有任何感到。然后，他在豬的胸腔上面挖了一個小洞，拔出了30厘米長的蛇型機械人的“頭”。應用把持桿，澤納迪讓機械人挪動到豬的心臟后部。然后他經(jīng)由過程機械人的身材將手術對象穿過，并用這個對象在植物的心臟長進行手術。波士頓一家名叫Medrobotics的公司如今正在為接收內(nèi)科手術的患者調(diào)劑該技巧。
蛇形機械人乃至可以用來搜刮現(xiàn)代文物。喬塞特正在摸索將機械人送入埃及考古遺址的能夠性，這些遺址以往太小或太甚風險，人們沒法進入。裝有攝像頭的蛇形機械人可以向迷信家展現(xiàn)外面的器械，乃至能夠找到人工成品。喬塞特表現(xiàn)：“即便在與團隊協(xié)作了15年以后，在不雅察我們的蛇形機械人活動時，我依然不會覺得厭倦。”
跟隨引導者
紐約年夜學理工學院的機械工程師莫里吉奧·波菲力（Maurizio Porfiri）也在制作相似植物的機械人。但他有分歧的目的，即贊助真實的植物。波菲力的團隊制作出看起來像魚的機械人。這些研討人員愿望他們的機械有足夠的壓服力，讓真實的魚可以或許接收機械魚作為他們?nèi)后w的一部門。如許，機械人便可以把魚從風險的處所引開，好比漏油區(qū)域。
圖2：波菲力及其團隊設計并制作了模擬魚的機械人
波菲力一直對植物很感興致。在他的生長進程中，他最愛好的運動之一就是去植物園。但波菲力也愛好在日本漫畫中看到的機械人。所以當他開端創(chuàng)立本身的試驗室時，決議將這兩個興致聯(lián)合起來。
迷信家們曾經(jīng)曉得，魚類愛好三五成群地泅水。魚群的引導者會發(fā)明出尾跡，也就是在它們深摯留下凌亂的水域。因為在另外一條魚的尾流中泅水所消費的能量比零丁泅水要少很多，是以很多魚類會追隨引導者，并是以構成魚群。為了弄清晰魚能否會接收機械人的引導，波菲力的團隊起首要建造魚形機械人。它靈巧的尾巴可以往返擺動，推進機械人向前。波菲力說明說，為了讓真實的植物與這個裝配互動，魚須要看到些看起來像它們的器械，好比像它們一樣泅水。
研討人員把魚形機械人放在試驗室的溝渠里，讓機械魚的尾巴以分歧的速度拍取水流。然后他們參加了真實的魚，好比金光魚，并丈量了金光魚待在魚形機械人鄰近的時光。他們還不雅察，這條魚是在機械魚后面照樣前面游動。假如機械魚的尾巴沒有擺動，金光魚就沒怎樣留意它。然則當機械魚的尾巴以必定的速度挪動時，魚就開端跟在它前面游動。波菲力以為魚會追隨機械人游動，由于那會讓它們更節(jié)儉能量。？
不外，其實不是一切的魚都追隨機械魚進步，波菲力的團隊如今正試圖找出緣由。工程師們能夠須要應用幾個分歧的機械人，每一個機械人吸引或排擠分歧的魚，以吸引盡量多的跟隨者。
波菲力的團隊還在研制一種機械人潛水艇，用來贊助圈養(yǎng)的植物。帶有螺旋槳的潛艇會損害植物。是以，研討人員正在研制一種“平安”的潛艇，它的一切活動部件都在外面。水族館的練習人員可使用機械人潛水艇與海豹或海象等植物游玩。例如，馴獸師可以把食品附在潛艇上，讓植物“捕食”，就像它們在野外捕食獵物一樣。
有性情的機械人
當瑪雅·瑪塔里克（Maja Matari?）上高中時，她曾編寫一個盤算機法式，可與或人“攀談”。用戶可以在盤算機中輸出新聞，法式隨后會顯示答復。如今，位于洛杉磯南加州年夜學的一位機械人專家正在引導名為“社會幫助機械人”的項目。這些裝備可以措辭、做手勢，四周走動。
3：瑪塔里克的團隊正在設計一種機械人，可以贊助有溝通妨礙的人演習社交技巧
瑪塔里克愿望她的機械人贊助身患疾病或懷孕體殘疾的人。例如，得了阿爾茨海默病的人會涌現(xiàn)記憶和年夜腦功效成績，能夠須要心思演習的贊助。中風后試圖恢復手臂功效的人，能夠須要勉勵來持續(xù)做無益的演習?？墒?，因為沒有足夠的人來供給所需的各類贊助，這就須要“技巧參與”。
在一項研討中，瑪塔里克團隊測試了機械人贊助中風患者的恢復情形。中風平日是因為年夜腦中的血管決裂或血液凝聚招致血液沒法流向年夜腦而至，大批細胞在中風時逝世亡。所今后來的部門身材（像手臂），能夠變得軟弱或麻痹。病人必需賡續(xù)地錘煉能力恢復功效。但是，這些演習能夠是艱苦和不高興的。
瑪塔里克和她的同事為膝蓋高的機械人編程，催促病人停止錘煉，然后監(jiān)測病人的活動。假如這小我自動地應用他或她的手臂，機械人就會給出勉勵言辭。研討小組在6名中風患者身上測試了這個機械人。當機械人在場時，病人常常會比沒有提醒的情形下更久地停止錘煉，并遵守指令。
接上去，研討人員測試了機械人的性情能否影響了人們對它的反響。機械人可以直接接近患者，年夜聲措辭，并做出無力的陳說，好比“你能做到！”其他時刻，研討人員會讓機械人以更害臊的方法行為。在這段時光里，機械人與患者堅持著必定間隔，溫順地提出一些建議，好比“我曉得這很難，但記住這是為了你好。”？
在這項研討中，安康的成年人用他們較弱的手停止錘煉。這些義務與那些盡力從中風中恢復過去的病人類似，好比挪動鉛筆或翻閱報紙。研討小組發(fā)明，當機械人的性情與本身類似時，人們就會更久地演習他們的義務。
瑪塔里克還在研討贊助得了自閉癥兒童的機械人。得了這些疾病的兒童在與人交換和互動方面存在艱苦，瑪塔里克愿望機械人能贊助這些孩子演習社交技能。機械人比人更有優(yōu)勢的處所在于，它從不覺得疲憊、懊喪或惱怒。
瑪塔里克團隊設計并編程了1米高的人形機械人Bandit，它可以制作樂音、四周挪動和吹泡泡。在一項研討中，研討人員不雅察了8個得了自閉癥譜系妨礙的兒童若何應對Bandit。有些孩子仿佛愛好這個裝配，他們和機械人攀談，與它游玩，并試圖讓機械隨著他們。其他孩子仿佛對其覺得不太舒暢，或許是由于Bandit馬達收回的聲響。這些孩子闊別機械人，接近他們的怙恃或靠著墻待著。
瑪塔里克團隊正在努力于改良Bandit，以便機械人可以展現(xiàn)孩子好的反響或負面反響。例如，假如孩子躲在墻邊，Bandit能夠會退后，收回使人鼓舞的聲響，或許爽性關失落馬達。
瑪塔里克、喬塞特和波菲力只是明天很多努力于機械人研發(fā)的工程師之一?，斔锟吮憩F(xiàn)：”不管你是想發(fā)明出摸索陸地的機械人，照樣到外太空觀光、贊助白叟或履行醫(yī)療法式的機械人，我們在這個范疇所能做的工作簡直沒有任何限制。”
