機(jī)器人技術(shù)與仿生學(xué)的完美結(jié)合

大自然與科技，看似是兩個(gè)大相徑庭的學(xué)科，實(shí)際上卻有著千絲萬縷的關(guān)聯(lián)。1958年時(shí)，一名醫(yī)學(xué)院畢業(yè)后在空軍服役了20年的美國(guó)人斯蒂爾率先提出了將二者結(jié)合的理論，只不過當(dāng)時(shí)還并未將其命名為仿生學(xué)，而是意圖通過研究生物系統(tǒng)和生物體，來找到解決工程問題的方法。直至1960年9月，才被正式命名為仿生學(xué)。

然而仿生學(xué)的由來或許還可以追溯至更早，相傳在大禹時(shí)期，人們通過觀察魚類在水中的活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)魚尾的搖擺能夠控制魚身的前行與轉(zhuǎn)彎，因此也就出現(xiàn)了船尾上架置的木槳。再如1903年萊特兄弟建造的第一架飛機(jī)，也是借鑒了鳥類的身體結(jié)構(gòu)，尤其是機(jī)翼部分，完全根據(jù)鳥類翅膀如何利用氣流上升、下降并改變方向的原理。

正如瑪特·富尼耶《當(dāng)自然賦予科技靈感》一書所提到的——我們面對(duì)的許多問題，或許在千百萬年前就被自然生物遇到了，經(jīng)過漫長(zhǎng)的進(jìn)化，它們形成了絕妙的解決之道?，斕亍じ荒嵋f的解決之道，正是仿生學(xué)的核心課題，人們不斷通過仿照和模擬生物特性，來創(chuàng)造出對(duì)人類發(fā)展起到貢獻(xiàn)的技術(shù)。

尤其在仿生學(xué)這一概念被提出后，這一門學(xué)科徹底被“引燃”，據(jù)2006年仿生學(xué)專家理查德·邦瑟的一項(xiàng)研究報(bào)告顯示，從1985-2005年之間，全球范圍內(nèi)非仿生的專利設(shè)計(jì)只攀升了2.7倍，而仿生學(xué)專利則增長(zhǎng)了93倍之多。

現(xiàn)如今，仿生學(xué)這門獨(dú)立的學(xué)科，早已應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。如代表性的光場(chǎng)相機(jī)(又名：蠅眼照相機(jī))，靈感便來源于蒼蠅的復(fù)眼，科學(xué)家通過仿效復(fù)眼小眼的蜂窩型結(jié)構(gòu)，制成了用于科研的蠅眼照相機(jī)，一次能夠拍攝千余張照片，飛機(jī)地速指示器、航空照相機(jī)均是運(yùn)用了這一原理。

再比如我們現(xiàn)今常接觸到的電子水墨屏，靈感便來源于蝴蝶。事實(shí)上，許多蝴蝶和一些鳥類羽毛(孔雀)，翅膀上所展現(xiàn)的鮮艷色彩來源于化學(xué)的與物理色，化學(xué)的是自身生理代謝產(chǎn)生的色素顆粒，而物理色則是通過表面的棱柱狀晶體結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)出的。這些光被分成各種顏色的光帶并反射到觀察者的眼睛，與彩虹的原理大致相同。

高通的Mirasol顯示技術(shù)正是復(fù)制了這個(gè)原理，模擬蝴蝶拍打翅膀時(shí)產(chǎn)生的鮮明色彩，以此實(shí)現(xiàn)高反射性，創(chuàng)造出一種“永遠(yuǎn)在線”的視覺效果。當(dāng)然，此類發(fā)明可謂數(shù)不勝數(shù)，如魯班觀察葉子邊緣發(fā)明的鋸、以啄木鳥頭部為原型研發(fā)的安全帽、蝙蝠原理的雷達(dá)、青蛙眼原理的電子眼、以及貝爾實(shí)驗(yàn)室根據(jù)海綿結(jié)構(gòu)發(fā)明出更強(qiáng)韌的光纖電纜等。比比皆是的案例，仿佛在告訴我們——自然,便是最好的老師。

回到機(jī)器人領(lǐng)域，若說哪家仿生學(xué)做的比較搶眼，非波士頓動(dòng)力與費(fèi)斯托莫屬。還記得馬克·雷波特在創(chuàng)立波士頓動(dòng)力時(shí)曾說過這樣一句話——我們的長(zhǎng)期目標(biāo)，是要讓機(jī)器人更有移動(dòng)性、靈活性，在感知和智能上能和人類、動(dòng)物相提并論，甚至超越他們。

而另一家從切割機(jī)以及可移位的切割床起家的費(fèi)斯托，則有著更為艷驚四座的產(chǎn)品，他們研究過螞蟻、袋鼠、蜻蜓、水母、蝴蝶、海豚等多個(gè)物種，并將其運(yùn)用在了自家機(jī)器人上。尤其是那個(gè)讓人難辨真假的蝴蝶機(jī)器人，它能夠每秒拍打1-2次翅膀，最高速度可達(dá)到2.5m/s，機(jī)身裝有一個(gè)IMU，加速計(jì)，陀螺儀，指南針，還有兩個(gè)90毫安的聚合物電池。

為何這么說，如果說仿生學(xué)短期只是作為一個(gè)“新鮮玩意”所備受矚目的話，那么長(zhǎng)期的未來，機(jī)器人顯然要在生活中承擔(dān)起更多元化的任務(wù)。譬如服務(wù)機(jī)器人就是一個(gè)很好的例子，據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)一組數(shù)據(jù)顯示，2018年全球服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)達(dá)到92.5億元，預(yù)計(jì)2020年將快速增長(zhǎng)至156.9億美元 。

顯然，這應(yīng)該是服務(wù)機(jī)器人發(fā)展歷程中的第一個(gè)黃金階段，畢竟科技產(chǎn)業(yè)都是“從無到有再到精”演變而來的，就好比智能手機(jī)，十年前沒人認(rèn)為它會(huì)往全觸屏的形態(tài)去發(fā)展，更想不到機(jī)身上還能搭載指紋識(shí)別與面部識(shí)別技術(shù)。服務(wù)機(jī)器人亦是如此，現(xiàn)如今出現(xiàn)在大眾視野當(dāng)中的，基本上無外乎圓圓滾滾那么幾種形態(tài)，但這樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路存在著一個(gè)很大的問題。

以最普遍的地形問題為例，人類能夠輕松的適應(yīng)各類非極限地形(平地、樓梯、斜坡)，這是機(jī)器人所不具備的能力。基本上來說，已經(jīng)商業(yè)化的產(chǎn)品，頂多能借助機(jī)器視覺來識(shí)別并繞開障礙物，但這還不足矣應(yīng)對(duì)家庭中的各類場(chǎng)景。再比如說，人類可以適應(yīng)很多工作崗位，既可以接待又能做調(diào)酒工作，但機(jī)器人不同，一個(gè)接待機(jī)器人目前不可能完成機(jī)械臂所擔(dān)起的調(diào)酒工作。

然而機(jī)器人產(chǎn)業(yè)未來的方向，明顯不是以產(chǎn)品為導(dǎo)向，而是要以需求為導(dǎo)向，持續(xù)縱深發(fā)展下去。就好比日本，其之所以大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，顯然是要將尖端技術(shù)推向至行業(yè)及普通家庭當(dāng)中去。在1月份當(dāng)?shù)氐囊环輬?bào)道中顯示，名古屋大學(xué)醫(yī)院和豐田工業(yè)公司開發(fā)了一個(gè)名為Palro的對(duì)話機(jī)器人。Palro不僅能夠用于指導(dǎo)護(hù)理、看護(hù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)將病人從床上抬到輪椅或幫助他們站立的功能。

顯然，未來這些服務(wù)型機(jī)器人若想實(shí)現(xiàn)更多場(chǎng)景里的延伸，仿生學(xué)這門學(xué)科自然是繞不開的話題，尤其在新技術(shù)成本逐漸下降的未來，仿生機(jī)器人將會(huì)成為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。