應用、倫理與前沿

仿生機器人

仿生機器人,是這樣一種做法:去觀察活生生的動物——它們如何行走、游泳、飛翔、攀爬或抓握——並借用這些點子來設計機器人。演化花了數億年來打磨身體、讓它們能在真實世界裡運動,所以大自然就是一部浩瀚而免費的、收錄著早已奏效的方案的目錄。一台像蟑螂那樣靠六條腿飛奔的機器人、一台像魚那樣靠擺動身體游動的機器人、一個腳上仿照壁虎趾上微觀細毛的爬牆機器,一架像昆蟲那樣撲翅的飛行器——它們全都是從生物那裡取來一個早經驗證的竅門,再用馬達、塑膠和電路把它重新造出來。

其吸引力在於,動物輕而易舉做到的許多事,正是我們那些方頭方腦、靠輪子的機器人所為難的。輪子在平滑的路面上妙不可言,遇到樓梯、沙地或瓦礫卻束手無策;而腿——無數生靈演化出來的那種設計——應付崎嶇破碎的地面卻毫不費力,這正是足式機器人去模仿動物如何保持平衡、如何落腳的緣故。魚滑過水中幾乎不浪費什麼能量,於是一台照著魚的方式游動的機器人,充一次電就能走得更遠;一隻昆蟲翻倒後能自己翻正、繼續前進,這一手讓一台小機器人皮實得多。要緊的是,仿生並不意味著原樣照抄:工程師取的是背後的原理——肌腱的彈性、象鼻那種裹纏式的抓握、壁虎腳那種乾淨俐落的剝離——再把它改造到馬達和材料真正能做到的程度,留下點子、捨去那些轉譯不過來的部分。

一台四足小機器人在鬆散的碎石上騰躍而過,換作有輪子的小車則會陷進去、動彈不得——它那借自奔跑中的狗如何儲存又釋放能量的彈性腿,吸掉了顛簸、讓它一路前行。

為崎嶇地面而演化出的腿,讓機器人能越過會讓輪子束手無策的地形。

「仿生」是從自然界借來一個點子,而不照搬動物本身;與它密切相關的「生物模擬(biomimetic)」一詞,更強調對某種生物機制更忠實的模仿,但在日常使用中,兩者常被互換。

又稱
biomimetic roboticsbiomimicry in robots生物启发机器人生物模拟机器人