康乃爾大學推出《魔鬼終結者》式機器人!被刺傷後能檢測到損傷,還可以當場自我修復

康乃爾大學推出《魔鬼終結者》式機器人!被刺傷後能檢測到損傷,還可以當場自我修復

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《魔鬼終結者》已經成為不少科幻電影迷心中的經典。電影中機器人T-800從一個沒有感情的機器人最終成長為理解人性與生命的生命體。除了深入人心的除了T-800的形象外,反派液態金屬機器人變形模仿和自我修復的能力也同樣深入人心。

康乃爾大學推出《魔鬼終結者》式機器人!被刺傷後能檢測到損傷,還可以當場自我修復

 

最近,康乃爾大學的工程師們正在努力重建這種自我修復能力。不過他們的機器人可沒有這麼可怕,看起來甚至有點軟萌:

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根據研究人員的說法,就是這些小型軟體四足海星機器人,能利用光來檢測外部受損狀況,並當場進行自我修復。 

正如下圖所示,實驗中研究人員將機器人的一條腿刺穿6次,隨後機器人檢測到了損傷,在大約一分鐘內自我修復了每個傷口,並做出了「逃離」動作,「就像動物的應激反應一樣」。

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這種損傷智慧(damage intelligence)在一些容易損傷的環境中至關重要,比如太空中的太空服和超音速降落傘,以及設備壽命優先度更高的應用,像是用於人機互動的可穿戴設備。 

團隊希望將機器人與能夠辨識它可能受到的不同「觸覺事件」的機器學習演算法相結合。 

康乃爾大學的教授Rob Shepherd表示:「實驗室一直在努力讓機器人變得更耐用、更敏捷,這樣它們就能工作得更久、功能更強。」 

相關研究已經以論文的形式發表在了SCIENCE ADVANCES上。

論文:Autonomous self-healing optical sensors for damage intelligent soft-bodied systems 連結

 

機器人的自我癒合,是一種化學反應 

機器人長時間運作之後,就會持續積累損傷。要讓機器人自己來修復這些損傷,還需要一些手法。

當然這得歸功於透過機器人身體泵送的壓縮空氣。在機器人身上覆蓋著一層自我修復的光纖傳感器,這些感測器與能夠檢測其表面微小變化的LED燈結合在一起。 

在光纖傳感器中,來自LED的光被送過一個叫做光波導(optical waveguide)的結構,將光束引導到某個方向。 

機器人中還安裝有一個光電二極體,用於檢測光線強度的變化,以確定材料何時何地被變形。 

為了讓癒合過程更加有效進行,研究人員使用了聚氨酯尿素彈性體作為機器人的「皮膚」,這是一種透明和有彈性的材料。

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正因為此,當機器人受到損傷時,其暴露的一面會發生化學反應,引發互鎖的聚合物鏈的重組,進而實現自我癒合。 

這種SHeaLDS技術(self-healing light guides for dynamic sensing)正是使一個抗損傷的軟體機器人能夠在室溫下自我癒合傷口的關鍵,而無需任何外部干預。

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透過這種自我修復技術的實現,未來機器人可以在特定環境中修復軟體系統,如被太空碎片擊中的太空服或水下設備。

魔鬼終結者式機器人湧現 

「魔鬼終結者」系列電影1984年上映進入大眾視野,而相關技術在近年來也逐漸開始普及起來。 

2020年,美國陸軍研究處和西北大學就相關技術進行了研究。研究人員試圖將人工合成材料與活的生物有機體融合到一起,以實現T-1000機器人的功能,不過他們表示,其與電影呈現的技術基礎有所不同,機器人自我恢復速度也要慢一些。 

美陸軍研究處高聚物化學計畫管理人達芬妮·波雷在一份報告中稱,「利用和改造細胞裝置以生產非生物性聚合物的能力,從本質上將把人工合成材料引入生物功能的領域。這可以使先進的高性能材料如奈米電子裝置、自癒合材料和其他有用的材料為陸軍所用」。 

這一工藝還可能具有許多額外用途,包括製造保護士兵身體的材料、可生成電力的燃料電池以及各種類型的新型電子設備。從理論上講,其可比現役裝備擁有更長使用時間。

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2017年,比利時布魯塞爾自由大學的研發人員們也推出了一種具有自動復原、自動療愈功能的新材料,經過輕微的刀傷後能自動恢復成最初的狀態。 

這種自愈材料是一種類似果凍的聚合物,透過40分鐘和176華氏度(攝氏80度)的加熱,材料內部會發生一種特殊反應,透過互相融合來進行自我修復,在24小時的常溫條件下,機器人各項性能都能得到完全恢復。 

研發人員也透過一個用於抓取物體的機器手爪進行測試,經過一整天的融合,受到刀傷的機器手爪最終成功實現了自我修復。

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大學機器學和多體力學研發小組的博士Bram Vanderborght表示,「《大英雄天團》裡的『杯麵』,我們可以把機器人傳統機械元素改變,用柔性材料來代替,在電影中,『杯麵』在警察局的自我修理過程給許多人留下了很深刻的印象,而實際上,通過一種自愈材料,所有機器人都可以向人類和自然動物一樣實現自我修復的功能」。 

這種自愈材料不僅對目前的機器人提供了更便宜簡單的維修方式,更是對未來機器人的研發和建造有著重大而深刻的影響,也不用再擔心因為損傷的風險而把機器人建造得過於笨重。 

仍然值得思考的是,隨著相關技術的不斷邁進,當機器人強大到能夠實現自我修復,《魔鬼終結者》的情節是否會在現實中上演?

資料來源:

 

bigdatadigest
作者

大數據文摘(bigdatadigest)成立於2013年7月,專注數據領域資訊、案例、技術,在多家具有影響力的網站、雜誌設有專欄,致力於打造精準數據分析社群。

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