皮膚秘密

要了解漢森機器人是如何工作的，最好先了解其皮膚,。選擇皮膚材料并不僅僅是為了外表裝飾,。漢森發(fā)明了“Frubber”，一種具有專利的硅橡膠彈性體,，其機械性能影響著每一個機器人全部運動 控制系統(tǒng)的設計,。

按照漢森的說法,，F(xiàn)rubber是一種發(fā)泡的、鉑基彈性體,，這種彈性體容積中70%是空氣,。發(fā)泡彈性體在工業(yè)中使用很普遍。雖然,，使Frubber分離的是漢森所稱之的“孔結構”,。他發(fā)明了一種特別的加工方法和彈性體化學屬性，這些使得他可以控制發(fā)泡的大小,、分布,、氣囊的形狀、氣泡容積,，氣泡容積分布范圍從1微米到幾毫米,。漢森說，這樣的尺寸分布允許一定容積泡沫包含有更多的空氣--在相對小的氣泡與相對大的氣泡之間,。漢森可以微調(diào)氣泡中的空氣量,，從而改變Frubber的最終密度。

這種內(nèi)有空氣的材料運動時有一點像“人的臉部組織,，”漢森說,，它不需太大力量就可移動。泡沫型彈性體僅擁有相同體積實體彈性體質(zhì)量的30%,?！八阅憔蜁⒖滔Ｍ古菽蛷椥泽w發(fā)生變形只需實體彈性體變形能耗的30%，”漢森說,，但實際上它發(fā)生變形所需的能量更少,，即不到30%。

通過顯微鏡觀察,，當彈性體材料拉長時,，該材料會呈現(xiàn)出手風琴狀氣囊結構。漢森說在相等拉長下，典型Frubber所需力量是實體所需力量的1/10,。同樣,，在相同的壓縮尺寸下，F(xiàn)rubber所需的力量是實體所需力量的1/13--當壓力稍高就返回到手風琴狀氣囊的崩潰狀態(tài),。漢森說彈性體材料能夠經(jīng)受數(shù)萬次交互循環(huán),，其伸長率可能達到900%，盡管該材料的彈性體氣囊壁可能在開始時就損壞了450%,。

Frubber僅需要極小的力就能產(chǎn)生形變的特點對于運動系統(tǒng)的其他部位有非常重要的好處?！白冃瘟υ缴?，需要的馬達和聯(lián)接就越小，這減少了能量需求,，”漢森說,。“Frubber使一切成為可能,?！?

美國宇航局噴氣推進實驗室資深研究科學家,、先進技術研究組負責人約瑟夫·巴科恩（Yoseph Bar-Cohen）博士對此也有相同的看法,。巴科恩是人造肌肉研究方面的開拓者，他在噴氣推進實驗室的非破壞性評估與推進加速器(NDEAA)上安裝了一個漢森機器人頭,。

這些例子顯示出了活動中的類人機器人原型,。聚合體創(chuàng)新使得皮膚擁有更好的收縮和聚束情形，同時消耗非常少的電量,，采用電池就可使輕量級機器人行走,。

大衛(wèi)·漢森的視頻禮貌

巴科恩計劃以機器人頭為平臺開發(fā)各種基于電活性聚合物的人造肌肉，目前仍有一些力量和速度限制,?！按笮l(wèi)的機器人需要很少的驅(qū)動力和電能,，這樣機器人很完美,，”他說?！叭绻f存在針對機器人的人造肌肉的合適測試平臺,，那這種機器人就是一個合適平臺,。”巴科恩說,，雖然他又補充表示,，“要真正利用電活性聚合物來驅(qū)動機器人，還有一些工作要做,?！?/p>

驅(qū)動

即使采用Frubber有助于減少機器人的驅(qū)動力，漢森仍堅持開發(fā)出針對每個機器人人工智能軟件輸入量,，而作出反應并展示出面部表情的驅(qū)動器,，這種人工智能軟件是基于語音識別、機器視覺,，甚至面部識別的軟件,。“我認為面部表情是一個四維雕塑,，”漢森說,。

在那時維數(shù)可能無變化。為什么其他機器人制造者必須考慮在零點幾秒鐘內(nèi)關閉控制系統(tǒng),？其實,，漢森是在不同速度下關閉不同回路，這取決于機器人的任務,?！皩τ谌四樧R別任務，機器人可能需略加思考,，也許需要一秒鐘,，并不會看上去不自然，”他說,。然而為了保持眼睛接觸,，達到象人一樣的速度，控制系統(tǒng)要在20～30ms內(nèi)關閉,?！斑@大大快于反應時間”，他說,。

為了驅(qū)動這些機器人,，漢森采用了小型伺服馬達——而且相當多。現(xiàn)在版本的愛因斯坦機器人有33個不同的伺服馬達,，約有一半的伺服馬達可以模仿臉部肌肉雙向移動,。他采用的馬達具有256增量反饋。“雖然沒有納米級精度,，”漢森說,。“這種方案的33個馬達能提供‘無數(shù)種運動可能’”他補充說,。漢森通常從HiTec購買現(xiàn)貨馬達,。“這些馬達并不是最便宜的,，但都有一個很好的性價比”,，他說，“你可以在任何專賣店內(nèi)購買到這種馬達,?！?/p>

為了控制機器人頭所有運動，漢森自創(chuàng)了基于PIC的控制器,。綜合來自機器人視覺系統(tǒng)和語音識別系統(tǒng)的信息后,，控制器發(fā)出伺服控制指令。語音識別系統(tǒng)在一個筆記本電腦上操作,，并與機器人無線連接,。為了弄清楚漢森是如何綜合這些數(shù)據(jù)的，我們可以考慮一下他的機器人是如何與一群人交流的,。機器人可能轉(zhuǎn)動頭部或盯著人群中的說話者,，甚至看上去似乎要與那個說話者交談。在這樣情形下,，機器人控制器綜合兩個數(shù)據(jù)來源,，以便判斷出說話者。視覺系統(tǒng)讓電腦“看到”誰的嘴在動,。而語音識別系統(tǒng)的立體聲話筒,，讓機器人“聽”到聲音發(fā)出的方向-——更確切說，漢森監(jiān)控立體聲信號中的相位差,。

識別出說話者只是例子之一,。適時地將所有感官數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成幾千種恰當?shù)谋砬椋枰獛浊l規(guī)則,，運算法則,，甚至于依賴一個靜態(tài)表達數(shù)據(jù)庫。同時,，漢森指出類似人的表情具有多重自由度,。例如，機器人能夠同時抬高眉毛和張開嘴來表達“驚訝”,。創(chuàng)造出所有控制產(chǎn)生表情的規(guī)則同時依賴于“感官科學和自我感知以及軟件工程”,，漢森表示,。

為了顯示他控制電機的威力并且能將它們安裝在機器人頭骨內(nèi)，漢森不認為傳統(tǒng)電機是驅(qū)動機器人面部運動的理想選擇,。事實上，他必須構造一個環(huán)形結構去近似模擬真實臉部肌肉運動,?！榜R達具有人類肌肉所沒有的慣性和振動行為，”他說,。漢森通過聯(lián)結設計已經(jīng)成功地克服了這些困難,。他經(jīng)常會增加一些附屬元件而不采用剛性連接，以便他們的行為看上去更自然,。但其他時候,，他用辮狀尼龍電纜將馬達連接在機器人臉部區(qū)域。

不斷地尋找馬達的替代品,，漢森密切關注人造肌肉技術,。最近，他一直在評估壓電驅(qū)動技術,，這個項目已經(jīng)得到國家科學基金會資助,。但他表示，相對于現(xiàn)實使用的機器人來說,，700美元的驅(qū)動器仍然太貴,。對于未來機器人驅(qū)動器，他將希望放在了基于電活性聚合物的人造肌肉上,?！坝绕涫钱斈隳軐⑦@些肌肉注進皮膚里時，將消除繁雜的機械機構”他說,。

本文來源：Design News China 責任編輯：王曉易_NE0011