仿生机器人的研究现状及其发展方向
仿生机器人研究及其发展前景
仿生机器人研究及其发展前景人类从亿万年前开始进化，逐渐从动物猿类演化成了现代人类。
而随着人工智能技术的迅猛发展，仿生机器人技术也在以日新月异的速度发展。
仿生机器人是一种以生物学为参考，模拟生物体结构、行为和机能的机器人，它将生物学与机械学深度融合，被广泛认为是未来机器人技术的发展方向。
本文将从仿生机器人的概念、研究现状和未来发展前景三个方面进行探讨。
一、仿生机器人的概念仿生机器人是指参考生物体的结构、物理特性、运动方式、机能和行为特征，利用机器人技术设计、制造的一种新型机器人。
仿生机器人的研究领域极广，涉及生物学、机械学、电子学、自动控制等多个学科，是一种高技术的综合性技术。
目前，仿生机器人主要包括仿生给予、仿生感知和仿生活动三个领域。
仿生机器人的研究可以大致分为三个阶段。
第一阶段是“生物仿真”的阶段，主要针对于生物学的模拟和仿真。
第二阶段是“机构仿造”的阶段，主要针对于运动机构的仿造和应用。
第三阶段是“智能化仿生”的阶段，主要针对于生物的智能和行为的仿造。
二、仿生机器人的研究现状目前，仿生机器人的研究还处于初步阶段，许多科学家和技术人才都在为着这个目标而奋斗。
仿生机器人的研究需要掌握多个学科的知识，如生物学、力学、电子学、计算机科学和材料学等，才能更好地实现仿生机器人的理想。
1. 仿生给予领域在仿生给予领域，仿生机器人主要是模拟和仿真生物的物理特性和结构特征，以实现模仿生物体的运动和动作。
比如说，正如我们人类有肉眼来观察周围的世界，仿生机器人机身上装备了双目摄像头，通过多视角分析，能够更好地理解周围环境，仿生机器人也可以进行类似的操作。
2. 仿生感知领域在仿生感知领域，仿生机器人主要是通过仿真模拟来实现对生物系统的感知和理解，类似于生物视觉、生物听觉等等。
将生物系统模拟在仿真环境中，通过模拟生物的反应机制，让仿生机器人的工作效率更加高效，仿生机器人的技术将会变得更加成熟。
3. 仿生活动领域在仿生活动领域，仿生机器人主要是针对于生物移动方式，模拟并优化移动方案，使得仿生机器人可以在不同的环境中高效地行动。
仿生机器人的发展现状与未来趋势
仿生机器人的发展现状与未来趋势随着科学技术的不断进步，人们对仿生机器人技术的关注度也在不断增加。
仿生机器人是一种模仿生物特征的机器人，其设计灵感来自于自然界的生物，可以模拟生物的外貌、运动以及感知能力。
本文将探讨仿生机器人的发展现状以及未来的趋势。
一、仿生机器人的发展现状目前，仿生机器人技术已经在各个领域取得了重要突破。
最为人熟知的应用之一是仿生机器人手臂。
仿生机器人手臂能够模拟人类手臂的运动能力，具备高精度、高速度的操作能力，被广泛应用于制造业、医疗领域等。
另外，仿生机器人还用于搜救任务中，具备对环境的感知能力和适应能力。
例如，有研究人员开发出能够模仿蜘蛛行走的仿生机器人，使其能够在复杂地形中执行搜索和救援任务。
仿生机器人的另一个领域是仿生感知。
仿生感知是指机器人通过传感器获取外界信息，并进行处理和分析的能力。
目前，仿生机器人的传感器已经实现了对声音、视觉、触觉等多种感知模式的模仿。
同时，仿生机器人还可以利用人类的感觉能力，获得更好的环境适应性。
例如，一些仿生机器人可以通过声波定位技术来模拟人类的听觉感知，实现对环境中物体位置的感知和追踪。
二、仿生机器人的未来趋势随着科技的不断进步和仿生机器人技术的不断发展，其未来的应用前景十分广阔。
首先，仿生机器人将在医疗领域发挥重要作用。
通过仿生机器人的运动学能力和仿生感知能力，可以使机器人更好地协助医生进行手术或康复训练等操作。
此外，仿生机器人还可以用于提高医疗设备的操作精度，改善诊断和治疗效果。
另外，仿生机器人在教育领域的应用也具有潜力。
通过将仿生机器人引入学校和教室中，可以提供更加互动和灵活的教学方式。
学生可以亲身体验和探索仿生机器人的运动特点，从而激发学习兴趣和培养动手能力。
此外，仿生机器人还可以帮助教师解决一些劳动强度大的工作，提高教学效率。
未来，随着人工智能和大数据技术的进一步发展，仿生机器人将实现更加复杂和智能的功能。
例如，仿生机器人可能具备更加灵活的运动模式，能够自主学习和适应环境变化。
仿生机器人技术的研究现状与前沿
仿生机器人技术的研究现状与前沿近年来，仿生机器人技术在科技领域备受关注，它将现代工程技术和生物学原理结合起来，将人类与机器融合为一体。
仿生机器人技术通过模拟生物系统的思维、学习、适应、控制等机制，使机器人能够更好地适应自然环境，从而实现更加智能化的操作。
本文将探讨当前仿生机器人技术的研究现状和未来的前沿发展。
一、仿生机器人技术的研究现状目前，仿生机器人技术的研究已经涉及到各个领域。
其中，仿生机器人技术的研究领域包括仿生传感器、智能控制、自主导航、柔性材料、生理仿真模型、生物运动学和神经科学等。
这些领域中的技术都是基于生命和环境适应性的基本原则，实现机器人的多功能适应。
1.仿生传感器仿生传感器可以模仿人体感觉器官的结构和工作原理，包括视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉。
这些传感器可以使机器人更好地适应环境，从而实现更高效的操作。
例如，蜘蛛机器人通过仿真蜘蛛的感觉器官，可以在复杂的环境中准确地定位和轨迹跟踪。
2.智能控制智能控制是一个重要的研究领域，它包括多种控制技术，如人工智能、模糊控制和神经网络等。
这些控制技术可以使机器人更好地适应环境，从而实现更高效的操作。
例如，研究人员使用基于非线性控制的算法，实现了一种具有自主避障和控制能力的水下机器人。
3.自主导航自主导航是一个重要的研究领域，它可以使机器人在复杂的环境中自主移动和组合成群状进行协作。
例如，研究人员使用机器视觉技术，在水下环境中实现了对鱼群的监测和跟踪，从而实现了更加智能化的控制。
4.柔性材料柔性材料是一种能够与环境相适应的材料，可以使机器人更加灵活和敏捷。
例如，柔性植物机器人，可以通过模仿植物的生理结构和运动方式，实现更好的环境适应性和操作能力。
二、仿生机器人技术的前沿发展随着科技的发展，仿生机器人的研究领域将会越来越广泛，其前沿发展也将日益迅速。
以下是当前仿生机器人技术的前沿发展趋势。
1.光学仿真光学仿真是一种基于光学技术的仿真方法，可以将视觉图像直接传输到机器人中。
仿生机器人技术的现状和未来前景
仿生机器人技术的现状和未来前景随着科技的不断进步，仿生机器人技术也随之迅速发展。
仿生科技旨在模仿生命体的形态、结构和功能，将其运用于机器人开发中，从而创造出更加智能、灵活、高效的机器人。
目前，仿生机器人技术已经在工业生产、医疗、军事等多个领域得到了广泛的应用。
未来，仿生机器人技术有望进一步得到发展，为人类创造出更加便捷、智能的生活。
一、仿生机器人技术的现状仿生机器人技术的发展起源于上世纪八十年代，当时科学家们开始模仿昆虫和动物的运动机制和行为，开发出相应的机器人。
随着计算机技术的不断进步，仿生机器人技术逐渐成熟，应用范围也越来越广泛。
在医疗领域，仿生机器人可以被应用于手术操作、病人护理等方面。
例如，日本的“达芬奇手术”系统利用达芬奇机器人臂进行手术操作，可以实现微创手术，减少手术创口、减轻手术痛苦，并能够手术高精度。
在工业生产领域，仿生机器人也起到了重要的作用。
由于仿生机器人可以更像人类的操作方式，它在生产线上能够更加自如准确地处理物品，避免了传统机器人通过各种捆绑使产品能够到特定位置等方式，从而提高了生产效率。
此外，仿生机器人技术也被广泛应用于军事领域。
例如，美国军方开发出一种仿鸟类的无人机，可以在飞行中模仿鸟类的飞行状态，从而提高了无人机的隐蔽性和航行能力。
另外，仿生机器人技术也可以被应用于探索海洋或者太空中的环境，以及环境监测、灾害救援等方面。
二、仿生机器人技术的未来前景未来，仿生机器人技术将继续得到发展和应用，并将造福于人类。
首先，在医疗领域，仿生机器人技术可以帮助人类更加精准、快速地进行诊断和治疗。
例如，可以开发出更加智能的医疗机器人，它们可以根据患者的症状和病情，自行选择不同的治疗方案，并实现自主治疗。
其次，在工业生产领域，仿生机器人将成为工业智能的主要载体。
未来的工业生产将更加自动化，而仿生机器人可以更好地模仿人类的操作方式和判断能力，实现“智能制造”。
最后，在军事领域，仿生机器人也将具备更加先进的功能。
仿生机器人的发展现状和未来趋势分析
仿生机器人的发展现状和未来趋势分析中文标题: 仿生机器人：从现状到未来趋势机器人技术一直以来都是科幻作品中的经典元素，而如今，随着科技的不断进步和创新，人类终于开始迈向构建仿生机器人的领域。
仿生机器人是一种以生物为模型，模仿其结构和功能的机器人系统。
本文将探讨仿生机器人的发展现状和未来趋势。
1. 目前的发展现状随着科技的突飞猛进，仿生机器人在各个领域都取得了显著的进展。
医疗行业是其中一个重要的应用领域。
仿生机器人可以帮助医生进行精确而稳定的手术，减少外科手术的风险和创伤。
例如，一些仿生机器人能够模拟人类手部的运动和手指的灵活性，实现微创手术的精确性。
此外，仿生机器人还被广泛应用于工业制造领域。
通过仿生技术，机器人能够在复杂的环境中完成各种任务，如装配和搬运。
借鉴昆虫、鸟类等动物的特点，研发人员开发出了能够模拟生物运动的机器人，使其在狭小空间中具备灵活性和敏捷性。
2. 未来的趋势展望随着对仿生机器人的研究不断深入，未来呈现出了一些令人兴奋的趋势。
首先，具备人类智能的仿生机器人将成为未来发展的重点。
机器人智能化是赋予机器人感知、识别、判断和决策的能力。
通过结合仿生学和人工智能技术，研发人员正在努力开发具备自主学习和自适应性的仿生机器人。
这种机器人将能够更好地适应复杂的环境和任务，更加智能地与人类进行交互。
其次，仿生机器人在医疗领域的应用还将得到进一步提升。
随着人口老龄化的加剧和医疗需求的增加，机器人在医疗技术中的角色将变得愈发重要。
未来的仿生机器人可能会被广泛应用于康复、护理和健康监测等方面，从而提高医疗服务的质量和效率。
此外，仿生机器人在探索未知环境和救援任务中也将发挥重要作用。
例如，仿生机器人可以用于海洋探索，深入海底进行调查和研究。
此外，它们还可以被部署在灾难现场，完成搜救和救援任务，为人类提供帮助。
总结：虽然仿生机器人的发展才刚刚起步，但已经取得了令人瞩目的成果。
无论是在医疗、工业制造还是未知环境中，仿生机器人将发挥越来越重要的作用。
仿生机器人研究现状与发展趋势
仿生机器人研究现状与发展趋势随着科技的不断发展，仿生机器人已经成为当今机器人领域的研究热点。
仿生机器人是指模仿生物体（包括人类）的形态、运动和行为能力的机器人。
这类机器人的研究不仅具有重要意义的应用价值，同时也对推动和机器人技术的发展具有重要价值。
本文将介绍仿生机器人的发展历程、研究现状以及未来发展趋势和可能的应用场景，并探讨其潜在的社会和经济价值。
仿生机器人的发展历程可以追溯到20世纪初。
然而，直到近年来，随着人工智能和机器人技术的快速发展，仿生机器人的研究才取得了显著的进展。
从理论到实践，仿生机器人的发展经历了漫长的过程。
早期的研究主要集中在理论层面，包括对生物运动学、动力学和生理学的研究。
随着计算机技术和控制理论的不断发展，仿生机器人的实践应用也得到了广泛。
当前，仿生机器人研究已经取得了很大的进展。
在技术方面，研究人员已经研发出了各种具有高精度、灵活性和适应性的仿生机器人。
例如，有的人形仿生机器人能够模仿人类的动作和表情，实现与人类的交互；有的仿生机器昆虫能够模仿真实昆虫的运动和行为，完成复杂的任务。
在应用方面，仿生机器人已经广泛应用于医疗、救援、农业、军事等领域。
例如，在医疗领域，仿生机器人可以辅助医生进行手术操作，提高手术精度和效率；在救援领域，仿生机器人可以协助搜救人员进行灾难现场的搜救和救援工作，提高搜救效率。
未来，仿生机器人的发展趋势将朝着更智能化、更灵活化和更普及化的方向发展。
随着人工智能技术的不断创新和应用场景的不断扩展，仿生机器人的智能化程度将不断提高，实现更复杂的任务和更高级别的自主性。
同时，随着材料科学和制造技术的不断发展，仿生机器人的灵活性和适应性也将得到进一步提升，能够在更广泛的应用场景中发挥作用。
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，仿生机器人的普及化程度也将不断加深，逐渐走进人们的日常生活和工作之中。
仿生机器人的研究不仅具有重要的应用价值，同时也具有重要的社会和经济价值。
人类生活中仿生机器人的发展现状与未来趋势分析
人类生活中仿生机器人的发展现状与未来趋势分析引言：在人类生活的方方面面，科技的快速发展正为我们的生活带来了一个又一个的改变。
特别是在机器人技术的领域，仿生机器人的出现给我们带来了无尽的想象空间。
本文将会对人类生活中仿生机器人的发展现状与未来趋势进行分析。
一. 仿生机器人的发展现状1. 仿生机器人在医疗领域的应用随着医疗技术的不断进步，仿生机器人在医疗领域扮演着越来越重要的角色。
它们可以模拟人体动作和表情，帮助医生进行手术操作，有效减少手术风险。
同时，仿生机器人还可以用于研究和测试新药物，提升药物研发的效率。
2. 仿生机器人在生产制造领域的应用在生产制造领域，仿生机器人的应用正在逐渐普及。
它们具备高度灵活性和精确度，可以完成一些传统机器人无法完成的任务。
例如，一些仿生机器人在汽车制造中具有卓越的装配能力，能够替代人类工人进行繁重的工作，提高产能和质量。
3. 仿生机器人对社会福利的贡献除了在医疗和生产制造领域的应用，仿生机器人还可以对社会福利产生积极的影响。
它们可以在教育领域被用作助教工具，帮助教师提供个性化的教学服务。
此外，仿生机器人还可以在老人护理和残障人士辅助方面发挥重要作用，减轻人力资源的压力，提高生活质量。
二. 仿生机器人的未来趋势1. 仿生机器人的智能化发展未来的仿生机器人将会变得越来越智能化。
随着人工智能技术的突破，仿生机器人将具备更高的学习和适应能力。
它们可以根据环境和任务的不同，做出相应的判断和决策，更好地与人类进行交互。
2. 仿生机器人的进一步迷人性和逼真度未来的仿生机器人将更加逼真且迷人。
随着仿生学和材料科学的进步，仿生机器人的外观和功能将与人类越来越接近。
它们可能具备更加逼真的皮肤、表情和动作，使得人类与机器人之间的互动更加自然。
3. 仿生机器人与人类的融合在未来，仿生机器人与人类的融合将是一个重要的发展趋势。
人类将会与仿生机器人建立更加紧密的关系。
它们可以成为我们的助手、伴侣甚至是朋友。
软体仿生机器人研究现状
目前，软体仿生机器人的研究主要集中在以下几个方面：
（1）仿生运动学：研究如何模仿生物体的运动方式和运动规律，以提高机 器人的运动能力和适应性。
（2）柔性材料：研究柔性材料的性质、制备方法、加工工艺等方面的内容， 以提高机器人的柔韧性和耐用性。
（3）感知与控制：研究机器人的感知与控制方面的内容，包括如何感知环 境信息、如何作出决策、如何控制机器人的运动等方面的问题。
尽管软体仿生机器人已经取得了一定的进展，但仍存在一些不足之处，如：
（1）仿生程度不够高：目前的软体仿生机器人往往只是模仿生物体的部分 特征，难以做到全方位的仿生。
（2）运动能力有限：由于软体材料的限制，机器人的运动能力和范围受到 一定的限制。
（3）感知与控制难度大：由于机器人需要感知复杂的外部环境信息，并需 要进行实时的控制和决策，因此感知与控制方面的难度较大。
软体仿生机器人研究现状
01 引言
03 参考内容
目录
02 研究现状
引言
随着科技的不断发展，机器人技术逐渐成为当今社会研究的热点领域之一。 软体仿生机器人作为机器人领域的一个分支，具有仿生能力强、适应环境能力高、 低耗高效等优点，在医疗、航空、服务等领域具有广泛的应用前景。本次演示将 对软体仿生机器人的研究现状进行综述，介绍其定义、研究现状、应用领域等方 面，并探讨未来的发展方向。
发展历程
软体机器人作为一种新兴的领域，其发展历程可以追溯到20世纪90年代。当 时，一些科学家开始研究如何将生物体的柔软性和灵活性应用到机器人中，以实 现更加逼真的模拟效果。21世纪初，随着材料科学、制造技术、传感器等技术的 不断发展，软体机器人的研究得到了更多的。
研究现状
1.材料研究
软体机器人的核心部件是材料，因此材料的研究是软体机器人研究的基础。 目前，研究者们主要从材料的硬度、弹性模量、耐高温等方面进行研究，以寻找 更加适合软体机器人的材料。其中，弹性硅胶、聚氨酯等材料是最常用的材料之 一。
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第36卷第6期 上海师范大学学报(自然科学版)Vol.36,No.6 2007年12月 Journal of Shanghai Nor mal University(Natural Sciences)2007,Dec.仿生机器人的研究现状及其发展方向王丽慧,周 华(上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418)摘 要:随着机器人智能化技术的进步,机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注.主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望.关键词:仿生机器人;研究现状;发展方向中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:100025137(2007)0620058205人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史,人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作.1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实.随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求.在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,仿人及仿生物机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员.1 仿生机器人的基本概念仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人.仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类.仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动.2 仿生机器人的国内外研究现状2.1 水下仿生机器人水下机器人由于其所处的特殊环境,在机构设计上比陆地机器人难度大.在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑.以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形,用涡轮机驱动,具有坚硬的外壳以抵抗水压.由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展.鱼类在水下的行进速度很快,金枪鱼速度可达105k m/h,而人类最快的潜艇速度只有84km/h.所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的,鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象.仿鱼推进器效率可达到70%～ 收稿日期:2007209222基金项目:上海师范大学理工科校级项目(SK200733).作者简介:王丽慧(1972-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.90%,与水的相对速度比螺旋桨推进器小得多,有效地解决了噪音问题.美国麻省理工学院和日本都研制出了仿鱼机器人.在国内,中科院沈阳自动化研究所和北京航空航天大学机器人研究所已研制了机器鱼样机.图1就是北京航空航天大学机器人研究所研制的机器鱼样机[1].美国罗克威尔公司和I S 机器人公司研制的扫雷机器蟹,如图2所示[2],得到了美国国防高级研究计划局及海军研究局的资助.这种扫雷机器蟹可以隐藏在海浪下面,在水中行走,也可以通过振动,将整个身子隐藏在泥沙中.扫雷机器蟹长约560mm ,重10.4kg .它还装备了多个状态传感器和集成的控制系统,并且每条腿都具有2个运动自由度,当地形改变时,通过这些系统可迅速地调整机器人的姿态和运动方式,使机器人能稳定、迅速地到达目标区域.当遇到水雷时,就把它抓住,等待控制中心的命令.一旦收到信号,就会自己爆炸,同时引爆水雷.图1 机器鱼 图2 机器蟹水下机器鱼和机器蟹的灵活性远远高于现有的潜艇,几乎可以达到水下任何区域,由人遥控,它可轻而易举地进入海底深处的海沟和洞穴,可用于测绘海洋地图,检测水下污染,拍摄海洋生物.也可以悄悄地溜进敌方的港口,进行侦察而不被发觉.作为军用侦察和科学探索的工具,其发展和应用的前景十分广阔.2.2 空中仿生机器人空中机器人即具有自主导航能力,无人驾驶的飞行器.这类机器人活动空间广阔、运动速度快,居高临下而不受地形限制.在军事、森林火灾以及灾难搜救中,前景极好.其飞行原理分为:固定翼飞行、旋翼飞行和扑翼飞行.目前国内外广泛关注的微型飞行器侧重于扑翼机的研究.它模仿鸟类或昆虫的扑翼飞行原理,将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系统,可以用很小的能量做长距离飞行,同时具有较强的机动性,适合于长时间无能源补给及远距离条件下执行任务.美国加州大学伯克利分校的科学家们利用仿生学原理制造出了世界上第一只能飞翔的“机器蝇”,如图3所示[3].他们利用一种类似玻璃纸的原料聚酰亚胺,造出了只有长10mm ,宽3mm ,厚0.005mm 的仿生翅膀.它能够每秒钟扇动150下,而且还让机器蝇实现了绑在一根细线上的半自主飞行.其重量只有0.1g,身高不到30mm ,在100m 上空飞行,人们用肉眼几乎发现不了它,而它却可以拍出极为清晰的照片传回来.美国五角大楼对有望成为“微型间谍”的机器蝇极为重视,设想机器蝇在未来战争中,可以进行空中侦察,甚至可以带上微型炸药,袭击指定目标.在未来的机器蝇身上,将安装许多传感器和微型摄像机,可以用来发现森林火灾,在灾难中搜寻废墟中的幸存者.2.3 地面仿生机器人美国、日本、德国、英国、法国等国家都开展了蛇形机器人的研究,并研制出许多样机.日本东京大学的H ir ose 教授从仿生学的角度,在1972年研制了第一台蛇形机器人样机.美国卡内基-梅隆大学近日研究出一种可以攀爬管道的蛇形机器人,这种蛇形机器人大部分由轻质的铝或塑料组成,最大也只有成人手臂大小.机器人配有摄像机和电子传感器,可以接受遥控指挥.蛇形机器人可以成功上下一根塑料95 第6期 王丽慧,周 华:仿生机器人的研究现状及其发展方向06 上海师范大学学报(自然科学版) 2007年管道,并可以跨越废墟碎片间的巨大空隙以及在草丛中来去自由.让蛇形机器人在坍塌废墟中穿梭,能更快地找到幸存者,为灾难救援工作带来了技术突破.在国内,上海交通大学、中科院沈阳自动化研究所、国防科技大学等单位相继研制出了蛇形机器人样机.图4是国防科技大学研制的蛇形机器人样机[4].这条长1200mm,直径60mm,重1.8kg的机器蛇,能扭动身躯,在地上或草丛中蜿蜒爬行,可前进、后退,转弯和加速,最大前进速度可达20m/m in,披上特制的“蛇皮”后还能像蛇一样在水中游泳.机器蛇头部安装有视频监视器,可以将机器蛇运动前方的情况实时传输到电脑中,科研人员则可根据实时传输的图像观察运动前方的情景,不断向机器蛇发出各种遥控指令.图3 机器蝇 图4 蛇形机器人 2001年美国科学家经过对壁虎脚掌的研究,认为壁虎等爬壁生物能够在各种表面无障碍地运动,其脚掌与接触面之间的接触力是分子间作用力.基于分子间作用力的吸附机制,与真空吸附和磁吸附相比在航天领域有着明显的优势.例如,在人造卫星表面工作的小型机器人,与卫星表面的吸附连接不能依靠负压吸附,也不能依靠磁力吸附,而如果能够研制出像壁虎那样基于分子间作用力吸附的机器人脚掌,那么这种机器人的实现就简单多了.如图5所示是美国斯坦福大学的一个研究小组在2006年开发出的一种仿壁虎机器人,称为Stickybot[5].Stickybot具有4只粘性脚,每个脚有4个脚趾,趾底长着数百万个极其微小的由人造橡胶制成的人造绒毛用于粘附.每个脚趾都有脚筋,脚筋可以实现脚趾的外翻与展平,每个脚上的4个脚筋可以联动,可轻松实现脚与附着面的吸附与脱离.壁虎的腿是四杆机构,依靠一个电机实现腿的前后移动,并借助另外一个电机实现四杆机构平面的转动从而实现抬腿动作.此外,有一个电机实现壁虎脚趾的驱动.Stickybot从吸附原理、运动形式,机器人外形上都比较接近真实的壁虎.受壁虎的启发,美国拟开发爬行手套和爬行鞋,完成攀登救援等工作.国内北京航空航天大学和南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所合作也在进行与仿壁虎机器人相关的研究.2.4 仿人机器人自1983年以来,美国研制出一系列7自由度拟人单臂和双臂一体机器人,并已用于空间站实验. 1986年美国犹他州大学工程设计中心研制成功了著名的UT AH M I T灵巧手,该手有4指,拇指2关节,其余3指各有3关节,手指关节绳索驱动并设有张力传感器.1990年由贝尔实验室完成了灵巧手的软硬件控制系统,并模拟人手的拿、夹、抓、握物体等多种动作进行了实验.1992年日本进行多指仿人手臂真实作业的研究,系统由主从手臂及传感控制系统组成,其灵巧手有4指,每指有3个关节,手具有14个自由度.随着多指灵巧手研究的发展,具有灵巧手的仿人臂及其系统的研究愈来愈受到重视.日本本田公司和大阪大学联合推出的P1、P2和P3型仿人步行机器人,将仿人机器人的研究推向一个崭新的高度.在P3的基础上本田公司又研制了“A si m o”智能机器人,如图6所示[6].“A si m o”机器人高1.2m,体重43kg,它可以爬楼梯,以6k m/h的速度奔跑,可以识别各种各样的声音,还能够通过头部照相机捕捉到的画面和事先设计好的程序识别人类的各种手势运动以及10种不同的脸型,可以和人手拉着手走路,使用手推车搬运物品等.国内一些科研院所也进行了仿人机器人的研究.北京航空航天大学机器人研究所在国家"863"智能机器人主题支持下,研制出了能实现简单抓持和操作作业的3指9自由度灵巧手.哈尔滨工业大学机图5 仿壁虎机器人 图6 “A si m o ”机器人器人研究所研制了高灵活性的仿人手臂及拟人双足步行机器人,其仿人手臂具有工作空间大、关节无奇异姿态、结构紧凑等特点,通过软件控制可实现避障、回避关节极限和优化动力学性能等.双足步行机器人为关节式结构,具有12个自由度,可以完成仿人步行的动作.2.5 生物机器人图7 蟑螂的人工控制生物机器人即活体生物的人工控制,是生物学、信息学、测控技术、微机电系统技术高度发展并互相结合的产物.世界各国早已开展利用动物作战的研究,如训练狗钻入敌方要地将其炸毁,或利用海豚侦察潜艇等.现在更多的国家都在研究将微型传感器安装到动物的身上,使其进入人类无法到达的地方.1995年,日本东京大学的Shi m oya ma 教授领导的课题组研究蟑螂的控制技术,即把蟑螂头上的探须和翅膀切除,插入电极和微处理器以及红外传感器,通过遥控信号产生电刺激,使蟑螂向特定的方向前进,如图7所示[9].2002年,美国纽约州立大学通过在老鼠体内植入微控制器,成功实现对老鼠的转弯、前进、爬树和跳跃等动作的人工控制.国内的南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所在研制仿壁虎机器人的同时也在研究壁虎的人工控制技术,把微电极植入壁虎体内,通过电刺激模拟神经,来控制其运动.3 仿生机器人的发展方向3.1 仿生机器人结构的微型化微型仿生机器人可用于小型管道进行检测作业,可进入人体进行检查和实施治疗而不伤害人体,也可以进入狭小的复杂环境进行作业等.仿生机器人微型化的关键是实现机电系统的微型化,即将驱动器、传动装置、传感器、控制器、电源等集成到一块硅片上,构成微机电系统,才能实现机器人整体结构的微型化.3.2 仿生机器人的相似性和多变性在军事侦察和间谍任务中,如果仿生机器人的外形与所模仿的生物外形完全一致,将能更隐蔽地、更安全地完成任务.日本研制的变形机器人包括若干小机器人,小机器人通过红外传感器和照相机识别周围的障碍物,然后相互协调,按照不同需要组合成狗、蜘蛛和蛇等7种形态,可以根据环境变化而改变自己的形状.机器人的多变性使其能够进入各种人类难以接近的灾害现场实施调查,还有望应用于航天16 第6期 王丽慧,周 华:仿生机器人的研究现状及其发展方向探测等领域.3.3 仿人机器人的多功能性21世纪人类将进入老龄化社会,发展多功能仿人机器人将弥补年轻劳动力的严重不足,解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题,并能开辟新的产业,创造新的就业机会.3.4 仿生机器人群仿生机器人群通常应用在需要多机器人协作的场合,如机器人生产线、柔性加工工厂、消防、无人作战机群等.它是通过模仿蚂蚁、蜜蜂以及人的社会行为而衍生的仿生系统,通过个体之间的合作完成某种社会性行为,通过群体行为增强个体智能,提高系统整体的工作效率.4 结 论随着机器人作业环境的复杂化,要解决机器人面临的问题,必须向自然界学习,从自然界为人类提供的丰富多彩的实例中寻求解决问题的途径,通过对自然界生物的学习、模仿、复制和再造的过程中,发现和发展相关的理论和技术方法,使机器人在功能和技术层次上不断提高.仿生机器人在军事,娱乐和服务等方面的重要性,已经成为21世纪机器人研究的热点.参考文献:[1] 刘江.我国第一条仿生机器鱼正式宣布研制成功[N ].科技日报,2004-12-7.[2] 刘进长,辛建成.机器人世界[M ].郑州:河南科学技术出版社,2000.[3] 梁燕.未来世界的超级间谍美军机器苍蝇问世[N ].环球时报,2002-11-11.[4] 陈福民.我国机器人技术的新突破———无孔不入的机器蛇[J ].科学24小时,2002,(7):5.[5] 王田苗,孟思,裴葆青,等.仿壁虎机器人研究综述[J ].机器人,2007,29(3):290-297.[6] 尤亮.第二代“阿西莫”机器人首次在欧洲公开亮相[E B /OL ].htt p://ne ws .xinhuanet .com /phot o /2007-09/29/content_6810325.ht m .[7] 马光.仿生机器人的研究进展[J ].机器人,2001,23(5):463-466.[8] 吉爱红,戴振东,周来水.仿生机器人的研究进展[J ].机器人,2005,27(3):284-288.[9] 迟冬祥,颜国正.仿生机器人的研究状况及其未来发展[J ].机器人,2001,23(5):476-480.[10]张秀丽,郑浩峻,陈恳,等.机器人仿生学研究综述[J ].机器人,2002,24(2):188-192.Research and evoluti on on b i o m im eti c robotWANG L i 2hui,ZHOU hua(College ofM echanical and Electr onic Engineering,Shanghai Nor mal University,Shanghai 201418,China )Abstract:W ith the advance ment of r obot intelligent and the devel opment of r obot app lied domain,researchers are paying more attenti on t o the research on bi om i m etic r obot .The state 2of 2the 2art of bi om i m etic r obot is su mmarized and it ’s pers pective is fore 2casted .Key words:bi om i m etic r obot;research;evoluti on(责任编辑:任芳萍)26 上海师范大学学报(自然科学版) 2007年。