來(lái)自蒂賓根大學(xué)和格拉茨科技大學(xué)的一組研究人員用3D打印了能夠模仿大象象鼻運動(dòng)的機械臂。FDM打印的機器人在尖端配備了抓爪，可以使用機器學(xué)習技術(shù)來(lái)漫游并適應新任務(wù)，例如撿起大理石并將它們放在講臺上。作為一種低成本的概念驗證開(kāi)發(fā)(fā)，該設計最終可以繼續(xù)用于工業(yè)(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上，在工業(yè)(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上它可以執(zhí)行各種靈活的操作，例如運輸汽車(chē)零件或組裝電子設備。

該研究的合著(zhù)者塞巴斯蒂安·奧特（Sebastian Otte）博士對《新科學(xué)家》說(shuō)：“我們的夢(mèng)想是，我們可以在持續(xù)學(xué)習的環(huán)(huán)境中做到這一點(diǎn)，在這種學(xué)習環(huán)(huán)境中，機器人會(huì )在沒(méi)有任何知識的情況下啟動(dòng)，然后嘗試達到目標這樣就產(chǎn)生了自己的學(xué)習示例?！?/span>

機器人學(xué)習如何撿起和放置大理石。圖片來(lái)自蒂賓根大學(xué)。

工業(yè)(yè)5.0：象鼻

象鼻是進(jìn)化史上最好的作品之一。它們具有相等的部分，既靈活又結實(shí)，并為大象提供了在動(dòng)物界不常見(jiàn)的靈巧程度。因此，它們是學(xué)術(shù)界許多現(xiàn)代仿生項目的靈感來(lái)源，氣動(dòng)執(zhí)行器通常充當人造肌肉纖維以實(shí)現(xiàn)彎曲和伸展。

Otte和他的同事選擇了模塊化設計，該設計基于一組統(tǒng)一的，可堆疊的關(guān)節(jié)模塊，每個(gè)模塊具有三個(gè)自由度（DoF）。當前的設計最多具有這些模塊中的十個(gè)，但是據(jù)報道，使用功能更強大的電機可以使機器人的長(cháng)度增加一倍。每個(gè)部分都裝有幾個(gè)電動(dòng)機驅動(dòng)齒輪，這些電動(dòng)機可同時(shí)使模塊在兩個(gè)軸上傾斜多達40°。除了彎曲之外，機器人的軀干還能夠加長(cháng)和縮短–就像真實(shí)的東西一樣。不幸的是，計算機器人執(zhí)行器執(zhí)行復雜操作的逆運動(dòng)學(xué)并不是一件容易的事，對于這么多的自由度來(lái)說(shuō)更是如此。這就是人工智能的用武之地。

機械臂的可堆疊關(guān)節(jié)。圖片來(lái)自蒂賓根大學(xué)。

刺激神經(jīng)網(wǎng)(wǎng)絡(luò )進(jìn)行導航

該團隊使用所謂的尖刺神經(jīng)網(wǎng)(wǎng)絡(luò )（SNN）來(lái)控制機器人，這是一種緊密模仿自然大腦過(guò)程的人工神經(jīng)網(wǎng)(wǎng)絡(luò )。除了合并神經(jīng)元和突觸狀態(tài)(tài)外，SNN在模型中還包括了時(shí)間概念。通過(guò)觀(guān)察一組訓練運動(dòng)，SNN能夠將電機運動(dòng)映射到相應的機器人姿態(tài)(tài)，從而使團隊能夠“展開(kāi)”模型，以近毫米的精度進(jìn)行目標驅動(dòng)的導航。研究人員寫(xiě)道：“我們不僅證明可以用基本的3D打印設備構造低成本的類(lèi)似軀干的機械臂，而且還展示了如何使用最新的循環(huán)(huán)峰值神經(jīng)網(wǎng)(wǎng)絡(luò )體系結構來(lái)控制它們?！?/span>

就未來(lái)的研究而言，該團隊已經(jīng)表示有可能將基于雷達的距離傳感器并入以實(shí)現(xiàn)防撞功能，從而使該設備能夠與人類(lèi)協(xié)(xié)同工作。另一種方法是將工作轉變成類(lèi)似蛇的機器人，而不是固定的手臂，從而可以“四處尋找”進(jìn)行搜索和營(yíng)救行動(dòng)。

機器人處于完全屈曲狀態(tài)(tài)。圖片來(lái)自蒂賓根大學(xué)。

低成本機器人技術(shù)是如何將3D打印應用于解決抽象問(wèn)題的主要示例。東京明治大學(xué)的一組研究人員最近定制了FDM 3D打印機，以制造出低成本的“多合一”制造機器人。 Functgraph能夠自動(dòng)打印并連接自定義工具頭，以更改其活動(dòng)功能，使用戶(hù)能夠抓取，旋轉和破壞3D打印對象，從而在單個(gè)打印作業(yè)(yè)中組裝復雜的機械系統(tǒng)。

在其他地方，中國天津大學(xué)的科學(xué)家此前已經(jīng)3D打印了可自定義的機器人，該機器人能夠實(shí)時(shí)縮放和監(jiān)視工業(yè)(yè)設施中的管道。單件式設備具有一系列軟彎曲機制和模塊化抓手，使其能夠靈活地爬升奇形怪狀的基礎設施。

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