能控制宿主的寄生机器人问世,在千奇百怪的机器人世界 总有动物为人类的灵感买单
提到控制动物的行为方式和运动轨迹,我们首先想到的会是脑机接口,它们通常通过脑机接口给动物大脑皮层不同的电刺激,来改变它们的行动意志。然而,像脑机接口这么复杂的黑科技很多人玩不转,所以就有人想出了更简单控制动物行为的黑科技—寄生机器人。
顾名思义,寄生机器人就像寄居蟹那样,给机器人找一个宿主,以宿主与机器人配合的方式完成人类需要的工作。当然,对寄生机器人来说最好的宿主就是乌龟了,因为它的外壳天生就是安装机器人的最好“墙体”,而且乌龟水陆两栖的特性也能帮机器人解锁更多运行模式。
上图就是韩国先进科技学院(KAIST)的研究人员在龟类机器人,它可以通过使用 LED 灯使龟沿着特定路线运动。KAIST 研究人员认为,动物机器人可以为各种领域中具有局限性的传统移动机器人系统提供替代解决方案。例如:在抢险救援任务中,它们可以完成人类和机器人都难以做到的事情(寄生机器人可以搭载摄像头,为研究人员提供灾害现场的清晰画面)。动物机器人可以为动物带来新的行为方式,这个行为值得生物学家和其他科学家深入研究。
那么,机器人是怎样控制乌龟运动去到达自己想去的地点的呢?这源于我们每个人都知道的初中时学到的知识点—条件反射。首先,龟上方的显示器上有红色的 LED,只有在进餐时间才开启,如此持续作用两个星期,这样龟就学会了将红色 LED 与食物联系在一起。然后,将寄生机器人安装在龟的背甲上,还安装了与龟大小相匹配的增强现实显示器和一个呈 120⁰ 的弧行条带,5 个红色 LED 分别安装于弧行条带上。由于龟早已将红色 LED 与食物联系在一起,故而转动其中任意一个红色 LED 都能够诱使龟向所需方向移动。寄生机器人通过调动线性电机从注射器中喷射出凝胶型食物来奖励龟的正确运动行为。
如果有人说乌龟的行动太过缓慢了,但恰恰是因为它的行动缓慢,也为初期的研究带来很多便利条件。因为乌龟行动缓慢且匀速,很利于研究人员对它进行观察和控制。而且乌龟具有良好的视力和长期记忆,研究人员很容易对它构建长期稳固的条件反射体系。
韩国先进科技学院(KAIST)的研究人员在 5 周的时间内,试验了 5 只龟的实验表明,寄生机器人成功地引导龟沿着特定的路径运动,平均每 75秒可以运动 5 米。而且,随着寄生机器人的持续升级将不断提高龟的运功性能。在实验的最后一天,龟完成的任务路线与理想路线之间的平均偏差仅仅稍高于 3%。
当然,这种机器人也存在天生的弊端。既然是动物,天生就有趋利避害的本质,如果在灾害救援现场,研究人员想要观察的地形太过危险,乌龟自身也是不愿前往的。但是,如今非常火爆的机器人市场,机器人本身的运动看上去会很滑稽,大多数场合并不适合使用,特别是尝试做一些简单的动作时,机器人根本不如动物完成的优秀。动物已经经历了数百万年的生物进化,为自己精心设计并优化了一种具有通用性和高效率的运动方式。所以在运动机器人并不成熟的今天,寄生机器人无疑是很多科学家最优的选择。