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　　“長(zhǎng)長(zhǎng)的的，很貼心”，軟體機(jī)器人介紹呵呵

　　國(guó)際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國(guó)機(jī)器人行業(yè)眾所周知研討會(huì)

　　試想呵呵，如果讓“長(zhǎng)長(zhǎng)的的機(jī)器人”為病人做術(shù)后是一類怎樣的感受呢？如今，在超神經(jīng)外科術(shù)后應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域，軟體機(jī)器人（又稱纖細(xì)機(jī)器人）已經(jīng)開始發(fā)揮自己的作用了。

　　現(xiàn)階段，美國(guó)耶魯大學(xué)大學(xué)和波士頓兒童醫(yī)院的科學(xué)研究人員合作開發(fā)出一類軟體機(jī)械裝置，可在不與血液接觸的情況下幫助心臟跳動(dòng)泵血。這種可定制的柔性設(shè)備，或催生新的心力衰竭治療方案，對(duì)心律不整患者來(lái)說(shuō)是一個(gè)福音。

軟體機(jī)器人的實(shí)用化無(wú)疑發(fā)生改變著人們對(duì)機(jī)器人的現(xiàn)代認(rèn)知，從一如鋼鐵模樣的“壯漢”到纖細(xì)如初的“萌妹子”，軟體機(jī)器人讓機(jī)器人市場(chǎng)更加豐富多元。

　　“硬”還是“軟”，這是一個(gè)問(wèn)題

　　工業(yè)流水線上的機(jī)器人、掃地機(jī)器人、烹飪機(jī)器人，這些機(jī)器人在人們的第一印象中，都是機(jī)械化、缺少人體肢體姿勢(shì)的靈活性等基本第一印象，他們太“硬”了，這也是為了適應(yīng)另一方面的驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)方式?，F(xiàn)階段，主流機(jī)器人都是機(jī)械驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)的，以電動(dòng)車機(jī)為動(dòng)力系統(tǒng)源，透過(guò)電動(dòng)車機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，把能量輸送給曲軸和連桿式，然后曲軸和連桿式帶動(dòng)機(jī)器人體育運(yùn)動(dòng)。

用電動(dòng)車機(jī)、曲軸和連桿式驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)機(jī)器人，其首先須要忍受得住各種驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)連桿式帶來(lái)的外力，因此他們須要十分嚴(yán)懷軍的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。如果利用連桿式驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)的機(jī)器人是軟體的，曲軸一轉(zhuǎn)， 連桿式一搖，它立即就會(huì)被絞形變。對(duì)軟體機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其一般無(wú)法忍受連桿式傳輸?shù)臋C(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，因此含有電動(dòng)車機(jī)、曲軸、連桿式的機(jī)器人，大都是些鋼鐵機(jī)械構(gòu)件。

　　因此，機(jī)械驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)機(jī)器人更多完成較為機(jī)械簡(jiǎn)單的各項(xiàng)任務(wù)，無(wú)法完成精細(xì)各項(xiàng)任務(wù)。比如連桿式驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)的機(jī)器人能滾玻璃杯，卻難緊握玻璃杯，讓它緊握一枚秤桿就更難了。

　　“夾”與“握”有著如上所述的區(qū)別，“夾“是低級(jí)的機(jī)械姿勢(shì)，“握”是具有人手功能的精細(xì)姿勢(shì)，從夾到握其實(shí)是一般機(jī)器人到軟體機(jī)器人的技術(shù)跨越。

　　軟體機(jī)器人模仿于自然界的許多軟體鳥類，由能忍受大應(yīng)變的纖細(xì)材料制成，且具有多自由度和連續(xù)變換的潛能，可在大范圍內(nèi)任意發(fā)生改變自己身形和體積。因?yàn)橹鲃?dòng)形變與被動(dòng)形變潛能的結(jié)合，機(jī)器人能擠過(guò)比另一方面常態(tài)體積小的縫隙，進(jìn)入現(xiàn)代機(jī)器人無(wú)法進(jìn)入的內(nèi)部空間。

　　軟／硬機(jī)器人比較

　　“九階”如何敵手

軟體機(jī)器人發(fā)展至今，主要的結(jié)構(gòu)類型能分為三類：岸區(qū)骨頭型、關(guān)節(jié)型岸區(qū)骨頭型以及其他結(jié)構(gòu)。

　　大部分軟體鳥類（如蠕蟲、孔麗）沒(méi)有剛性骨頭，而是由表皮、關(guān)節(jié)、體液、神經(jīng)系統(tǒng)組成。其眾所周知結(jié)構(gòu)是關(guān)節(jié)構(gòu)成封閉腔，外部充滿體液，形成岸區(qū)骨頭結(jié)構(gòu)，眾所周知的是仿毛蟲軟體機(jī)器人和Blob bot。

　　仿毛蟲軟體機(jī)器人及Blob bot

　　眾所周知的關(guān)節(jié)性岸區(qū)骨頭結(jié)構(gòu)由相互對(duì)抗的橫肌和縱肌組成，當(dāng)橫肌膨脹TNUMBERNL體向縱向延展；當(dāng)縱肌膨脹時(shí)，身體向橫向延展，體積始終保持不變。鳥類的舌頭、大象鼻子、蝎子觸手都是關(guān)節(jié)性岸區(qū)骨頭結(jié)構(gòu)。而其他結(jié)構(gòu)主要為氣動(dòng)體育運(yùn)動(dòng)鏈和蠕動(dòng)跳躍機(jī)器人。

在具體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)用?，由耶魯大學(xué)大學(xué)研制的名為“Octobot”的軟體機(jī)器人，自帶體育運(yùn)動(dòng)燃料，可透過(guò)調(diào)控外部氣體同時(shí)實(shí)現(xiàn)Montbron，既不須要連接計(jì)算機(jī)獲取指令，也不包含任何電子組件，因此具有著纖細(xì)的身體。

　　世潛山個(gè)Montbron的軟體機(jī)器人：Octobot

　　與一般機(jī)器人相比，軟體機(jī)器人可透過(guò)外部化學(xué)物質(zhì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)顏色可變發(fā)光，并可透過(guò)充氣增壓和通道膨脹同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速終端。當(dāng)前的科學(xué)研究情況表明，軟體機(jī)器人可在 30 秒內(nèi)迅速變身，一旦完成顏色轉(zhuǎn)換， 顏色層就不再須要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)來(lái)維持色彩，終端到某一位置后常常與背景無(wú)法區(qū)分，形成真正的“九階”。同時(shí)，一些軟體機(jī)器人在設(shè)計(jì)之初就巧妙參照了仿生模型外觀，利用3D打印工藝制造能夠“仿造“，肉眼無(wú)法分辨。

　　醫(yī)療國(guó)防應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域稱軟體機(jī)器人“突破點(diǎn)”

從現(xiàn)階段來(lái)看，軟體機(jī)器人的落地商業(yè)情景主要是醫(yī)療和軍用情景。智能相對(duì)論分析師柯鳴認(rèn)為，現(xiàn)階段軟體機(jī)器人的發(fā)展前景是相當(dāng)可期的，學(xué)術(shù)界也正在如火如荼的進(jìn)行著此類科學(xué)研究，科學(xué)家們?cè)噲D創(chuàng)造一類不同于現(xiàn)代機(jī)器人的新型機(jī)器人整體。

　　從國(guó)防應(yīng)用領(lǐng)域情景來(lái)看，軟體機(jī)器人確實(shí)大有發(fā)展內(nèi)部空間?！皵呈帧钡牧硪环矫骟w質(zhì)能讓機(jī)器人在收到外界沖擊和破壞時(shí)不易受損，這極大的增強(qiáng)了軟體機(jī)器人的存活潛能。此外，由于不具備電子組件，軟體機(jī)器人在電磁偵察系統(tǒng)下容易躲避各類設(shè)備的追蹤。未來(lái)，加裝了某一武器的軟體機(jī)器人，能更便利地承擔(dān)各類偵查各項(xiàng)任務(wù)，甚至能在某一條件下給敵人以致命一擊。

在醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域，“人小鬼大”的軟機(jī)器人還能成為醫(yī)生的優(yōu)秀醫(yī)療助手。軟體自己人的硬度與纖細(xì)度與人類皮膚和關(guān)節(jié)較為接近，因此可穿戴性和皮膚親和性較好。因此，作為假肢、人造外骨頭等可穿戴設(shè)備或用于模擬關(guān)節(jié)體育運(yùn)動(dòng)，軟機(jī)器人似乎成了一個(gè)最為優(yōu)秀的人選。

　　在神經(jīng)外科術(shù)后（MIS）應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域，軟體機(jī)器人更是有著極大的“用武之地”。軟體機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，能突破現(xiàn)代神經(jīng)外科外科術(shù)后方法的局限，比如，自由度低的術(shù)后設(shè)備對(duì)術(shù)后造成的局限。倫敦大學(xué)研制出剛度可控的蝎子狀外科術(shù)后機(jī)器人手臂，其應(yīng)用領(lǐng)域仿生原理，根據(jù)手臂機(jī)械性能的須要透過(guò)控制機(jī)械手臂的剛 度更好地配合術(shù)后進(jìn)行，纖細(xì)的材質(zhì)將術(shù)后的傷害降到最低。

　　剛度可控的蝎子狀神經(jīng)外科外科術(shù)后機(jī)器人手臂

　　進(jìn)入市場(chǎng)，軟體機(jī)器人的壁壘在哪里？

誠(chéng)然，軟體機(jī)器人作為新事物，其發(fā)展后勁十足，但是智能相對(duì)論分析師柯鳴認(rèn)為，綜合其市場(chǎng)化過(guò)程來(lái)看，其依然有著另一方面的壁壘。

　　首先，理論上，軟體機(jī)器人能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)限自由度的體育運(yùn)動(dòng)，然而在實(shí)際操作過(guò)程中，這種相對(duì)現(xiàn)代機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)受限于驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)方式和制動(dòng)器數(shù)量，想要精確控制機(jī)器人的體育運(yùn)動(dòng)，這須要大量的傳感器的信息和數(shù)據(jù)反饋，這在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域過(guò)程中無(wú)法保證其實(shí)時(shí)性。

　　其次，軟體機(jī)器人醫(yī)療、國(guó)防、養(yǎng)老以及勘測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域都有著重要作用和良好發(fā)展前景，但是其高昂的應(yīng)用領(lǐng)域成本和生產(chǎn)成本極大限制了此類新技術(shù)的普及。為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)商業(yè)上的可行性和實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用領(lǐng)域，軟體機(jī)器人在其技術(shù)普及性和技術(shù)價(jià)格方面做出努力。

最后，可自帶燃料體育運(yùn)動(dòng)的軟體機(jī)器人“八爪怪”，主要依靠體內(nèi)攜帶的雙氧水燃料進(jìn)行供能，而一次攜帶的能量只能勉強(qiáng)支撐 4～8 分鐘的體育運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，現(xiàn)有的軟體機(jī)器人自主轉(zhuǎn)向潛能幾乎為零，急需加裝額外傳感器同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的自動(dòng)規(guī)避，這又涉及整個(gè)軟體機(jī)器人控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)然，從現(xiàn)階段來(lái)看，軟體機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法還不成熟，如何平衡靈活性、承載潛能和可靠性等指標(biāo)還存在困難。為進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，須要建立精確的物理模型，而建立此模型又是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性工作。

　　總之，軟體機(jī)器人在我國(guó)制造業(yè)水平不斷提升的當(dāng)下，其也正準(zhǔn)備迎來(lái)快速增長(zhǎng)期，其也極有可能成為中國(guó)下一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，隨著軟體機(jī)器人在商業(yè)及各行業(yè)的落地，中國(guó)的軟機(jī)器人行業(yè)將大有可為。

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