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研究人員將“寄生機(jī)器人”安裝在龜?shù)谋臣咨稀C(jī)器人通過使用 LED 燈和獎(jiǎng)勵(lì)食物誘使龜沿著特定路線運(yùn)動(dòng)。
我們將需要很長(zhǎng)很長(zhǎng)的時(shí)間才能研發(fā)出一款像龜一樣強(qiáng)壯有力的兩棲機(jī)器人。
目前有許多機(jī)器人專家正在努力研究各種龜類機(jī)器人，韓國(guó)先進(jìn)科技學(xué)院（KAIST）的研究人員在龜類機(jī)器人混合動(dòng)力學(xué)方面，已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展：龜類和機(jī)器人混合被稱作為“寄生機(jī)器人”，其原理是把機(jī)器人安裝在一個(gè)真正龜?shù)谋臣咨希柚谝幌盗械?LED 作用并通過美味零食的正強(qiáng)化作用，來引導(dǎo)烏龜從一個(gè)地方去往另一個(gè)地方。
動(dòng)物經(jīng)過數(shù)百萬(wàn)年的生物進(jìn)化，為自己精心設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種具有通用性和高效率的運(yùn)動(dòng)方式。然而，機(jī)器人發(fā)展時(shí)間比動(dòng)物短，還受到各種特定的限制，有些機(jī)器人看上去也很滑稽，大多數(shù)場(chǎng)合并不適合使用，特別是嘗試做一些基本簡(jiǎn)單的任務(wù)時(shí)，機(jī)器人根本不如動(dòng)物完成得優(yōu)秀。
在《 仿生工程學(xué)報(bào)》最近刊登的一篇文章中提到：KAIST 研究人員認(rèn)為，動(dòng)物機(jī)器人可以為各種領(lǐng)域中具有局限性的傳統(tǒng)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)提供替代解決方案。例如：在搶險(xiǎn)救援任務(wù)中，它們可以完成人類和機(jī)器人都難以做到的事情。動(dòng)物機(jī)器人可以為動(dòng)物帶來新的行為方式，這個(gè)行為值得生物學(xué)家和其他科學(xué)家深入研究。
韓國(guó)先進(jìn)科技學(xué)院 Phill-Seung Lee 教授作為計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，他們?cè)O(shè)計(jì)了寄生機(jī)器人，就是機(jī)器裝置裝載在動(dòng)物身上，通過刺激和獎(jiǎng)勵(lì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生特定的行為。
研究人員選擇龜作為機(jī)器人寄生的動(dòng)物，有一部分原因是龜優(yōu)良的遺傳特性：它是兩棲動(dòng)物，具有良好的視力和長(zhǎng)期記憶，而且具有便利的龜殼，寄生硬件安裝在龜殼上無(wú)疑是非常理想選擇。此外，龜爬行速度足夠慢，便于研究人員觀察和控制。（實(shí)驗(yàn)室研究人員說，他們?cè)谘芯窟^程中對(duì)于動(dòng)物的護(hù)理和使用都嚴(yán)格遵循國(guó)際制度指導(dǎo)方針。）
這篇文章中還寫到：
我們研發(fā)了一種寄生于龜?shù)臋C(jī)器人，預(yù)計(jì)寄生機(jī)器人能夠在水箱中完成航點(diǎn)導(dǎo)航任務(wù)。我們密切觀察寄生機(jī)器人與龜之間的相互作用，記錄了寄生機(jī)器人的航點(diǎn)導(dǎo)航性能改善的程度， 為此，采用龜頭部上方的顯示器作為誘導(dǎo)龜前行的虛擬刺激器。寄生機(jī)器人通過使用顯示器（暗示作用）和食物正刺激（獎(jiǎng)勵(lì)作用）來訓(xùn)練龜沿著顯示器指示的方向移動(dòng)。
寄生機(jī)器人通過操作性條件發(fā)射作用來控制龜（選擇美國(guó)最受歡迎的寵物龜：紅耳龜，它特別偏愛紅色）。首先，龜上方的顯示器上有紅色的 LED，只有在進(jìn)餐時(shí)間才開啟，如此持續(xù)作用兩個(gè)星期，這樣龜就學(xué)會(huì)了將紅色 LED 與食物聯(lián)系在一起。然后，將寄生機(jī)器人安裝在龜?shù)谋臣咨希€安裝了與龜大小相匹配的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示器和一個(gè)呈 120? 的弧行條帶，5 個(gè)紅色 LED 分別安裝于弧行條帶上。由于龜早已將紅色 LED 與食物聯(lián)系在一起，故而轉(zhuǎn)動(dòng)其中任意一個(gè)紅色 LED 都能夠誘使龜向所需方向移動(dòng)。寄生機(jī)器人通過調(diào)動(dòng)線性電機(jī)從注射器中噴射出凝膠型食物來獎(jiǎng)勵(lì)龜?shù)恼_運(yùn)動(dòng)行為。
在 5 周的時(shí)間內(nèi)，試驗(yàn)了 5 只龜?shù)膶?shí)驗(yàn)表明，寄生機(jī)器人成功地引導(dǎo)龜沿著特定的路徑運(yùn)動(dòng)，平均每 75秒可以運(yùn)動(dòng) 5 米。 而且，隨著寄生機(jī)器人的持續(xù)升級(jí)將不斷提高龜?shù)倪\(yùn)功性能。 在實(shí)驗(yàn)的最后一天，龜完成的任務(wù)路線與理想路線之間的平均偏差僅僅稍高于 3％。
研究人員指出，在這樣的機(jī)器人系統(tǒng)確定能夠?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界帶來益處之前還需要做很多的工作。龜像大多數(shù)的動(dòng)物一樣，容易被環(huán)境中的東西分心，寄生機(jī)器人只能產(chǎn)生有限的影響力來吸引烏龜?shù)淖⒁饬ΑＮ磥淼难芯抗ぷ骺赡馨ā伴_發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)傳感器系統(tǒng)”，這將創(chuàng)造一個(gè)更加沉浸的環(huán)境，來確保機(jī)器人能夠保持對(duì)于龜?shù)目刂啤？梢哉f它是龜版本的“黑客帝國(guó)”。考慮到這一點(diǎn)，您倘若發(fā)現(xiàn)研究人員希望找到一種能夠讓寄生機(jī)器人直接從其宿主中獲得能量的方法也不會(huì)覺得驚訝了。
韓國(guó)先進(jìn)科技學(xué)院（KAIST）的 Dae-Gun Kim, Serin Lee, Cheol-Hu Kim, Sungho Jo 和 Phill-Seung Lee 共同著寫的“龜寄生機(jī)器人的航點(diǎn)導(dǎo)航研究”，發(fā)表在《 仿生工程學(xué)報(bào)》的 4 月刊上。
via IEEE Spectrum
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