《终结者》已经成为不少科幻电影迷心中的经典。
电影中机器人T-800从一个没有感情的机器人最终成长为理解人性与生命的生命体。
深入人心的除了T-800的形象外,反派液态金属机器人变形模仿和自我修复的能力也同样深入人心。
最近,康奈尔大学的工程师们正在努力重建这种自我修复能力。
不过他们的机器人可没有这么可怕,看起来甚至有点软萌:
根据研究人员的说法,就是这些小型软件四足海星机器人,能利用光来检测外部受损状况,并当场进行自我修复。
正如下图所示,实验中研究人员将机器人的一条腿刺穿6次,随后机器人检测到了损伤,在大约一分钟内自我修复了每个伤口,并做出了“逃离”动作,“就像动物的应激反应一样”。
这种损伤智能(damage intelligence)在一些容易损伤的环境中至关重要,比如太空中的宇航服和超音速降落伞,以及设备寿命优先度更高的应用,比如用于人机交互的可穿戴设备。
团队希望将机器人与能够识别它可能受到的不同“触觉事件”的机器学习算法相结合。
康奈尔大学的教授Rob Shepherd表示: “实验室一直在努力让机器人变得更耐用、更敏捷,这样它们就能工作得更久、功能更强。
机器人的自我愈合,其实是一种化学反应
机器人长时间运作之后,就会持续积累损伤。
要让机器人自己来修复这些损伤,还需要一些手法。
当然这得归功于通过机器人身体泵送的压缩空气。在机器人身上覆盖着一层自我修复的光纤传感器,这些传感器与能够检测其表面微小变化的LED灯结合在一起。
在光纤传感器中,来自LED的光被送过一个叫做光波导(optical waveguide)的结构,将光束引导到某个方向。
机器人中还安装有一个光电二极管,用于检测光线强度的变化,以确定材料何时何地被变形。
为了让愈合过程更加有效进行,研究人员使用了聚氨酯尿素弹性体作为机器人的“皮肤”,这是一种透明和有弹性的材料。
正因为此,当机器人受到损伤时,其暴露的一面会发生化学反应,引发互锁的聚合物链的重组,从而实现自我愈合。
这种SHeaLDS技术(self-healing light guides for dynamic sensing)正是使一个抗损伤的软件机器人能够在室温下自我愈合伤口的关键,而无需任何外部干预。
通过这种自我修复技术的实现,未来机器人可以在特定环境中修复软件系统,如被太空碎片击中的宇航服或水下设备。
终结者式机器人涌现
“终结者”系列电影1984年上映进入大众视野,而相关技术在近年来也逐渐开始普及起来。
2020年,美国陆军研究处和西北大学就相关技术进行了研究。研究人员试图将人工合成材料与活的生物有机体融合到一起,以实现T-1000机器人的功能,不过他们表示,其与电影呈现的技术基础有所不同,机器人自我恢复速度也要慢一些。
美陆军研究处高聚物化学计划管理人达万妮·波雷在一份报告中称,“利用和改造细胞设备以生产非生物性聚合物的能力,从本质上将把人工合成材料引入生物功能的领域。这可以使先进的高性能材料如纳米电子设备、自愈合材料和其他有用的材料为陆军所用”。
这一工艺还可能具有许多额外用途,包括制造保护士兵身体的材料、可生成电力的燃料电池以及各种类型的新型电子设备。从理论上讲,其可比现役装备拥有更长使用时间。
2017年,比利时布鲁塞尔自由大学的研发人员们也推出了一种具有自动复原、自动疗愈功能的新材料,经过轻微的刀伤后能自动恢复成最初的状态。
这种自愈材料是一种类似果冻的聚合物,通过40分钟和176华氏度的加热,材料内部会发生一种特殊反应,通过互相融合来进行自我修复,在24小时的常温条件下,机器人各项性能都能得到完全恢复。
研发人员也通过一个用于抓取物体的机器手爪进行测试,经过一整天的融合,受到刀伤的机器手爪最终成功实现了自我修复。
大学机器学和多体力学研发小组的博士Bram Vanderborght表示,“《超能陆战队》里的‘大白’,我们可以把机器人传统机械元素改变,用柔性材料来代替,在电影中,‘大白’在警察局的自我修理过程给许多人留下了很深刻的印象,而实际上,通过一种自愈材料,所有机器人都可以向人类和自然动物一样实现自我修复的功能”。
这种自愈材料不仅对目前的机器人提供了更便宜简单的维修方式,更是对未来机器人的研发和建造有着重大而深刻的影响,也不用再担心因为损伤的风险而把机器人建造得过于笨重。
仍然值得思考的是,随着相关技术的不断迈进,当机器人强大到能够实现自我修复,《终结者》的情节是否会在现实中上演?
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