從《機器猛犬》看仿生機器人技術

科幻電影《機器猛犬》給我們展示了一只全身都是高科技裝備，但卻擁有一顆真正狗狗心臟的機器狗“A-X-L”。它擁有機械的身體、強大的武器，但卻和真正的寵物狗一樣善解人意、溫順忠誠。那么，電影中的這種仿生機器狗會成為現實嗎？現在的仿生機器人技術已經研發出了哪些讓人耳目一新的裝備呢？

人機溝通

考古學工作者研究發現，我國家犬的馴化至少有8000 余年的歷史。我們的祖先很早就已經用狗來狩獵、放牧以及看家護院，狗的順從和忠實贏得了我們的信任，所以狗是人類的好朋友。

然而，也正因為如此，從古代開始狗也就出現在了人類的戰爭當中。古代哨兵們放哨的時候，通常都會帶上一條狗。他們利用狗超乎尋常的嗅覺和聽覺來更早地發現接近中的敵人。古羅馬人甚至還會在作戰時讓狗率先出擊，去擾亂敵軍的陣型。

《機器猛犬》講述的是一條機器狗的故事。影片里的機器狗身體器官雖然都是機械的，但它卻有著和普通狗一樣的身形，并且很多行為和動作也非常接近于真狗。在機器狗和男主角第一次相遇時發生的沖突中，看似強大的機器狗卻在追逐的過程中撞壞了身體的零部件而動彈不得。

男主角嘗試與機器狗溝通，原本已經開啟自毀程序的機器狗在最后一刻放下警惕，把修復程序發到了他的手機上。那么，在現實生活中人能否與智能機器人實現如電影中那樣的溝通呢？

目前結合了AI 技術的智能機器人已經走進了我們的生活，例如車站、機場的咨詢機器人、兒童教育聊天機器人等。不過，現在的智能機器人智能化水平都不高，要想實現真正與人的無障礙溝通還做不到。

簡單地說，目前的智能機器人與人的交流往往通過預設來完成，交流的場所會決定交流的內容。比如說，車站的智能機器人能夠回答車次、路線、時間等與車相關的內容，但如果你要問它如何炒一盤魚香肉絲，這顯然不在它的預設內容之中，它也就回答不了。

由于受到技術處理能力的限制，智能機器人在語義分析、場景匹配、上下文關聯等方面的障礙短時間內仍然難以突破。影片中，機器狗通過與男主角眼神的交流，便感受到了他的情感、明白了他的想法并且給予了回應的情況，可能在未來相當長的時間里仍然只會出現在科幻故事里。

仿生機器技術

咨詢機器人

快遞機器人

男主角根據機器狗發給自己的修復程序，在機器狗身上找到了維修工具。讓人大跌眼鏡的是，他竟然拆下自己摩托車的零部件給機器狗完成了修復“手術”。不過，從此以后機器狗和男主角便成為了真正的朋友。后來，機器狗向涂鴉墻投影了一段視頻，讓男女主角知道了它原本是一條應該在戰爭中使用的仿生機器戰犬。

目前，科學家大致將仿生機器人分為地面仿生機器人、水下仿生機器人和空中仿生機器人三大類。

地面仿生機器人的研制相對最為成熟，有四足的、兩足類人形的、蛇形的等等。它們已經在戰場偵察、探索未知天體、惡劣環境作業等方面起到了不可或缺的作用。

美國人研制的一款名叫“Digit”的送快遞的兩足機器人可以搭乘自動駕駛的車輛前往客戶的家，抵達后再跳到門口放下包裹。Digit可以提起18千克的包裹，在不崎嶇的地面上行走，并且還可以上下樓梯。

水下仿生機器人主要是仿生機器魚，也叫機械魚、人工魚或魚形機器人。簡單地說，就是參照魚類游動的原理利用機械電子元器件或智能材料來實現水下推進的一種仿生機器人。它們主要分為身體尾鰭推進和中間鰭對鰭推進兩種模式。

比如說，美國弗吉尼亞大學以黃鰭金槍魚和大西洋鯖魚為原型，開發出一種體長255.3毫米、寬49.2毫米、高67.8 毫米的機器魚，其速度可達每秒1 米。當然，即便是現在最先進的機器魚，在速度、靈活性等方面還無法與真正的魚類相提并論，但是這種差距隨著科技的進步正在不斷縮小。

空中仿生機器人也就是能飛的仿生機器人，它們的種類繁多，模仿的動物也是五花八門，比如機器蝙蝠、機器蜻蜓、機器海鷗等等。

美國加州大學伯克利分校研制的一種機器蒼蠅，翼展只有3 厘米，體重僅有60 毫克，其飛行運動原理和真的蒼蠅十分相似。機器蒼蠅有4 只翅膀和1 個玻璃眼睛，直徑在5毫米～10毫米之間，大致和真蒼蠅體型相當。它由太陽能電池驅動，采用1 個微型壓電石英驅動器以每秒180次的頻率扇動它的4只小翅膀以獲得動力。

值得注意的是，目前不論是哪一種仿生機器人都還不會思考，只能按照人類事先編制好的程序來行動。

仿生機器人

在《機器猛犬》的結尾，機器狗和男主角最終沒能逃脫軍方的追捕。在即將被抓捕的最后一刻，機器狗把數據傳給了男主角并開啟了自毀程序。影片中的機器狗跑、跳、翻、滾是樣樣精通，那么在現實生活中有沒有類似的仿生機器人呢？

我國科研人員自行研制的一款四足驅動的機器狗名叫“萊卡狗”，它有22千克重，采用的是電機驅動。它的電機系統能輸出高達18千瓦的瞬時功率，折算下來其功率密度比一般的超級跑車還要高上將近一倍。瞬時功率是指電路在某一時刻、某一位置所吸收的功率；而功率密度，則是指電池輸出的功率與其重量之比。

萊卡狗

機器蒼蠅

機器魚

更為重要的是，萊卡狗已經完全擺脫了外部供電。它使用自身攜帶的電池，充滿電能夠支持它行走兩三個小時。

目前，四足驅動的機器人主要分為電機驅動和液壓驅動兩種驅動方式。電機驅動技術比較成熟，執行效率高、控制簡單、成本低，是機器人領域最常見的驅動方式。隨著高性能電機的發展，電機驅動在中小型的四足機器人上應用將越發廣泛。液壓驅動由于采用了高壓下的液壓油來傳遞動力，所以它具有更高的功率密度和快速響應的能力。不過，液壓驅動器的尺寸以及重量也會更大，因此這種驅動方式與其他機器人的集成也會更加困難。

仿生機器人除了有像人的、像動物的、像昆蟲的之外，我國科學家還發明了一種像雪花一樣的仿生機器人。這種特殊的仿生機器人被稱為“幾何機器人”。它們的外形具有典型的幾何特征，比如三角形、四邊形或者立方體等等。奇特之處在于，它們的形狀可以發生改變，通過這種變形來實現在地面上滾動、爬行以及蠕動等。

幾何機器人又分為平面幾何機器人、立體幾何機器人、變形幾何機器人、四維幾何機器人。幾何作為幾何機器人的基本元素衍生出了復雜的邏輯，不同形狀組成的機械裝置實現了各種形態的自由切換，并且在切換的過程中完成了移動。那么，變起形來熱鬧好玩的幾何機器人到底有什么用處呢？

幾何機器人

一般來說，幾何機器人能夠在各種復雜的地形條件下完成探測、救援等工作。更重要的是，它是一種新概念、新形態的機器人。它不使用輪子、履帶、腿等傳統仿生機器人的運動部件，但仍然可以完成滾、爬、走等動作。幾何機器人給我們展示了數學的邏輯結構、科學的原理、工程學的應用等方面的知識。可以說，它就是一個純數學、純科學的現實載體。

人類探索仿生機械的歷史相當悠久，比如說諸葛亮的木牛流馬、達芬奇的飛行器等等。但是，我們現在研發的仿生機器人不僅擁有生物的生理特質，還能夠根據人類的設定來精準完成任務。而在未來，仿生機器人不僅要適應現有的基本要求，更要適應未知的生存環境，替代人類在極端惡劣的環境中工作。