來自蒂賓根大學(xué)和格拉茨科技大學(xué)的一組研究人員用3D打印了能夠模仿大象象鼻運動的機(jī)械臂。FDM打印的機(jī)器人在尖端配備了抓爪，可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來漫游并適應(yīng)新任務(wù)，例如撿起大理石并將它們放在講臺上。作為一種低成本的概念驗證開發(fā)，該設(shè)計最終可以繼續(xù)用于工業(yè)生產(chǎn)線上，在工業(yè)生產(chǎn)線上它可以執(zhí)行各種靈活的操作，例如運輸汽車零件或組裝電子設(shè)備。

該研究的合著者塞巴斯蒂安·奧特（Sebastian Otte）博士對《新科學(xué)家》說：“我們的夢想是，我們可以在持續(xù)學(xué)習(xí)的環(huán)境中做到這一點，在這種學(xué)習(xí)環(huán)境中，機(jī)器人會在沒有任何知識的情況下啟動，然后嘗試達(dá)到目標(biāo)這樣就產(chǎn)生了自己的學(xué)習(xí)示例?！?/span>

機(jī)器人學(xué)習(xí)如何撿起和放置大理石。圖片來自蒂賓根大學(xué)。

工業(yè)5.0：象鼻

象鼻是進(jìn)化史上最好的作品之一。它們具有相等的部分，既靈活又結(jié)實，并為大象提供了在動物界不常見的靈巧程度。因此，它們是學(xué)術(shù)界許多現(xiàn)代仿生項目的靈感來源，氣動執(zhí)行器通常充當(dāng)人造肌肉纖維以實現(xiàn)彎曲和伸展。

Otte和他的同事選擇了模塊化設(shè)計，該設(shè)計基于一組統(tǒng)一的，可堆疊的關(guān)節(jié)模塊，每個模塊具有三個自由度（DoF）。當(dāng)前的設(shè)計最多具有這些模塊中的十個，但是據(jù)報道，使用功能更強(qiáng)大的電機(jī)可以使機(jī)器人的長度增加一倍。每個部分都裝有幾個電動機(jī)驅(qū)動齒輪，這些電動機(jī)可同時使模塊在兩個軸上傾斜多達(dá)40°。除了彎曲之外，機(jī)器人的軀干還能夠加長和縮短–就像真實的東西一樣。不幸的是，計算機(jī)器人執(zhí)行器執(zhí)行復(fù)雜操作的逆運動學(xué)并不是一件容易的事，對于這么多的自由度來說更是如此。這就是人工智能的用武之地。

機(jī)械臂的可堆疊關(guān)節(jié)。圖片來自蒂賓根大學(xué)。

刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行導(dǎo)航

該團(tuán)隊使用所謂的尖刺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN）來控制機(jī)器人，這是一種緊密模仿自然大腦過程的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。除了合并神經(jīng)元和突觸狀態(tài)外，SNN在模型中還包括了時間概念。通過觀察一組訓(xùn)練運動，SNN能夠?qū)㈦姍C(jī)運動映射到相應(yīng)的機(jī)器人姿態(tài)，從而使團(tuán)隊能夠“展開”模型，以近毫米的精度進(jìn)行目標(biāo)驅(qū)動的導(dǎo)航。研究人員寫道：“我們不僅證明可以用基本的3D打印設(shè)備構(gòu)造低成本的類似軀干的機(jī)械臂，而且還展示了如何使用最新的循環(huán)峰值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)來控制它們?！?/span>

就未來的研究而言，該團(tuán)隊已經(jīng)表示有可能將基于雷達(dá)的距離傳感器并入以實現(xiàn)防撞功能，從而使該設(shè)備能夠與人類協(xié)同工作。另一種方法是將工作轉(zhuǎn)變成類似蛇的機(jī)器人，而不是固定的手臂，從而可以“四處尋找”進(jìn)行搜索和營救行動。

機(jī)器人處于完全屈曲狀態(tài)。圖片來自蒂賓根大學(xué)。

低成本機(jī)器人技術(shù)是如何將3D打印應(yīng)用于解決抽象問題的主要示例。東京明治大學(xué)的一組研究人員最近定制了FDM 3D打印機(jī)，以制造出低成本的“多合一”制造機(jī)器人。 Functgraph能夠自動打印并連接自定義工具頭，以更改其活動功能，使用戶能夠抓取，旋轉(zhuǎn)和破壞3D打印對象，從而在單個打印作業(yè)中組裝復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。

在其他地方，中國天津大學(xué)的科學(xué)家此前已經(jīng)3D打印了可自定義的機(jī)器人，該機(jī)器人能夠?qū)崟r縮放和監(jiān)視工業(yè)設(shè)施中的管道。單件式設(shè)備具有一系列軟彎曲機(jī)制和模塊化抓手，使其能夠靈活地爬升奇形怪狀的基礎(chǔ)設(shè)施。

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