可怕!“寄生机器人”装在动物身上就能控制其行动

2017-07-06 11:38:28
来源:雷锋网
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研究人员将“寄生机器人”安装在龟的背甲上。机器人通过使用 LED 灯和奖励食物诱使龟沿着特定路线运动。我们将需要很长很长的时间才能研发出一款像龟一样强壮有力的两栖机器人。

目前有许多机器人专家正在努力研究各种龟类机器人,韩国先进科技学院(KAIST)的研究人员在龟类机器人混合动力学方面,已经取得了巨大的进展:龟类和机器人混合被称作为“寄生机器人”,其原理是把机器人安装在一个真正龟的背甲上,借助于一系列的 LED 作用并通过美味零食的正强化作用,来引导乌龟从一个地方去往另一个地方。

动物经过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。然而,机器人发展时间比动物短,还受到各种特定的限制,有些机器人看上去也很滑稽,大多数场合并不适合使用,特别是尝试做一些基本简单的任务时,机器人根本不如动物完成得优秀。

在《 仿生工程学报》最近刊登的一篇文章中提到: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。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。

韩国先进科技学院 Phill-Seung Lee 教授作为计算结构力学系统实验室负责人,他们设计了寄生机器人,就是机器装置装载在动物身上,通过刺激和奖励对动物产生特定的行为。

研究人员选择龟作为机器人寄生的动物,有一部分原因是龟优良的遗传特性:它是两栖动物,具有良好的视力和长期记忆,而且具有便利的龟壳,寄生硬件安装在龟壳上无疑是非常理想选择。此外,龟爬行速度足够慢,便于研究人员观察和控制。(实验室研究人员说,他们在研究过程中对于动物的护理和使用都严格遵循国际制度指导方针。)

装在活体龟上的寄生机器人,能够控制龟的行走路线

这篇文章中还写到:

我们研发了一种寄生于龟的机器人,预计寄生机器人能够在水箱中完成航点导航任务。我们密切观察寄生机器人与龟之间的相互作用,记录了寄生机器人的航点导航性能改善的程度, 为此,采用龟头部上方的显示器作为诱导龟前行的虚拟刺激器。寄生机器人通过使用显示器(暗示作用)和食物正刺激(奖励作用)来训练龟沿着显示器指示的方向移动。

寄生机器人通过操作性条件发射作用来控制龟(选择美国最受欢迎的宠物龟:红耳龟,它特别偏爱红色)。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。

未来研究“开发虚拟现实技术和增强传感器系统”,创造一个龟版本的“黑客帝国”

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%。

研究人员指出,在这样的机器人系统确定能够为现实世界带来益处之前还需要做很多的工作。龟像大多数的动物一样,容易被环境中的东西分心,寄生机器人只能产生有限的影响力来吸引乌龟的注意力。未来的研究工作可能包括“开发虚拟现实技术和增强传感器系统”,这将创造一个更加沉浸的环境,来确保机器人能够保持对于龟的控制。可以说它是龟版本的“黑客帝国”。考虑到这一点,您倘若发现研究人员希望找到一种能够让寄生机器人直接从其宿主中获得能量的方法也不会觉得惊讶了。

韩国先进科技学院(KAIST)的 Dae-Gun Kim, Serin Lee, Cheol-Hu Kim, Sungho Jo 和 Phill-Seung Lee 共同著写的“龟寄生机器人的航点导航研究”,发表在《 仿生工程学报》的 4 月刊上。

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