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← 能够自我重塑和变形的折纸机器人

机器人专家 杰米·派克(Jamie Paik)和她的团队从折纸艺术中获得灵感,创造出了折纸机器人:一种由超薄材料制成的可折叠式机器人,能够自行重塑和变形。在这场演讲和技术演示中,派克为我们展示了折纸机器人是如何适应并完成日常工作任务的(甚至能用于太空任务)。同时,她也为我们展示了这种机器人是如何翻滚、跳跃,并像弹弓一样弹射,甚至模拟心脏的跳动。

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27 Languages

Showing Revision 16 created 11/10/2019 by Yolanda Zhang.

  1. 作为一个机器人科学家,
    我经常被问到很多问题。
  2. “什么时候才会有机器人
    帮我做早饭?”
  3. 我认为未来的机器人
    会跟我们长得很像。
  4. 我觉得他们会长得和我一样,
  5. 所以我为它们制作了眼睛,
    以我的眼睛作为模拟范本。
  6. 我为机器人研制了
    足够灵活的手指,来帮我……
  7. 投棒球。
  8. 像这样的传统机器人

  9. 是基于固定数量的
  10. 关节和制动器来执行它的功能,
  11. 这意味着在设计构思它们的阶段,
    其功能和外形
  12. 就已基本固定了。
  13. 也就是说,虽然这个
    机械臂扔球扔得很准——
  14. 准到完美击中三脚架——
  15. 但它并不能给你做早饭,
  16. 比如炒鸡蛋。
  17. 所以我对未来的机器人
    产生了新的构想:

  18. 那就是“变形金刚”。
  19. 这种机器人可以根据
    执行的任务和环境的不同,
  20. 在驾驶、奔跑、飞行
    三种模式间自由切换。
  21. 为了实现这个构想,
  22. 我们必须重新思考
    机器人的设计方式。
  23. 想象一个多边形的机器人模块,
  24. 并且用这一个简单的多边形模块
  25. 去“折”成各种不同的形状,
  26. 去拼成一个新的机器人
    来完成各种不同的任务。
  27. 在计算机绘图领域,
    这不是什么新鲜事——
  28. 它已经应用多年,
    而且大多数电影都采用这项技术。
  29. 但要建造一个
    身体可以移动的机器人,
  30. 就完全是另一回事了。
  31. 没有前例可循。
  32. 但是,我们都干过类似的事。

  33. 那便是,我们都折过纸,
    无论是纸飞机、纸船,还是千纸鹤。
  34. 以设计师的角度来看,
    折纸艺术是一个变化多端的过程,
  35. 用一张纸,你就可以折出各种形状,
  36. 如果你不喜欢这个作品,
    可以拆开来,再折出另外的东西。
  37. 任何 3D 立体形式都可以
    由 2D 平面折叠而成,
  38. 这在数学上得到了证明。
  39. 再想象一下,
    要是有一张智能化的纸,
  40. 这张纸可以随时随地自己折成
  41. 任何形状。
  42. 这就是我致力于创造的
  43. “全自动折纸机器人”,
  44. 简称 “折纸机器人(robogami)”。
  45. 这是我十年前做的
    第一代 “折纸机器人”

  46. 首次变型的过程。
  47. 它从一个平面
  48. 变成了金字塔,然后再变回来,
  49. 接着又变成航天飞机的形状。
  50. 很可爱吧!
  51. 十年后的今天,我的
    忍者折纸机器人研究团队——

  52. 我们现在大概有 22 个人——
  53. 已经做出了新一代的折纸机器人,
  54. 它的执行效率更高,
    能完成的事情也更多。
  55. 这代折纸机器人是有实际用途的,
  56. 比方说,这个机器人
    能根据实际地形来自主导航。
  57. 在干燥和平坦的地面,
    它会以爬行的方式前进。
  58. 要是地表凹凸不平,
  59. 它就采用翻滚模式。
  60. 虽然是同一个机器人,
  61. 但现在它能根据不同地形
  62. 激活不同的驱动器,
    从而采取不同的移动方式。
  63. 当它遇到障碍物时,
    还能直接跳过去,
  64. 这是通过在机器人腿部储存
    并释放能量来完成的。
  65. 于是机器人
    就会像弹弓一样弹起来,
  66. 它甚至还能做体操动作。
  67. 耶!
  68. (笑声)

  69. 你们刚刚看到了
    一个折纸机器人所能实现的,

  70. 更不用说如果有一群
    这样的机器人了,
  71. 它们可以联合起来
    完成更复杂的任务,
  72. 每个模组,不论是主动式,
    还是被动式模组,
  73. 我们都能够组合它们
    来创造出各种不同的形状。
  74. 不仅如此,通过控制
    它们的可折叠关节,
  75. 我们还可以创造并攻克不同的任务。
  76. 灵活多变的组合形状
    正在开拓机器人的新任务空间。
  77. 此时,最重要的任务便是组合。
  78. 我们得让机器人能自主找到彼此,
  79. 并根据环境和任务的需要,
    合体或者分离,
  80. 这已经实现了。
  81. 那下一步是什么?

  82. 突破我们的想象力。
  83. 这是我们可以通过该模组

  84. 实现的机器人模拟。
  85. 我们决定把这个四腿爬行的机器人
  86. 变成一条小狗,
    再让它小步走路。
  87. 同一个模组,
    我们也可以做成别的东西:
  88. 做一个机械臂,
    一种典型的传统式机器人。
  89. 机械臂,顾名思义可以抓取物品。
  90. 当然,你还可以添加
    更多模组使机械臂更长,
  91. 来抓取更大或更小的物体,
  92. 或者甚至是装第三只手臂。
  93. 折纸机器人
    是没有特定的形状或功能的。
  94. 它们能随时随地变换成任何形状。
  95. 那我们如何制造它们?

  96. 技术上的最大挑战
    就是实现超薄化,
  97. 具有灵活性,
  98. 但同时确保实用功能。
  99. 每个单一的机体内都是
    由多层电路,马达,
  100. 微控制器
  101. 以及传感器组成的。
  102. 在控制单个折叠接头时,
  103. 我们的命令能让机器人
  104. 实现这样的软运动。
  105. 不像其他机器人那样
    局限于单一功能,
  106. 折纸机器人的优势在于
    它可以完成多种任务。
  107. 这使它得以
  108. 在地球以及太空的
    复杂独特的环境当中
  109. 发挥重要的作用。
  110. 太空任务再适合折纸机器人不过了,

  111. 给每一个任务配置一个
    专属的机器人成本太高,
  112. 谁知道我们未来会有多少太空任务?
  113. 所以必须得有一个多功能的
    机器人来完成这些任务。
  114. 我们想要一套
    薄型折纸机器人模组,
  115. 可以通过变形
    完成各种各样的任务。
  116. 这不是我随便说说而已,
  117. 欧洲航天局和瑞士航天局
  118. 已经在资助这个想法了。
  119. 图片上显示的就是
    折纸机器人的各种不同组合,

  120. 它们能在太空外星上探索,
    能在地表工作,能飞天勘察,
  121. 也能深入地表以下。
  122. 这不仅仅是探索。
  123. 对于宇航员来说,
    他们需要额外的帮助,
  124. 因为你无法承受
    送个实习生上太空的后果。
  125. (笑声)

  126. 他们必须完成每项繁琐的工作,

  127. 可能是很简单,
  128. 但却有极强交互性质的工作。
  129. 得益于此,它们可以
    辅助宇航员进行实验,
  130. 帮助他们进行通信,
  131. 并直接附着在机舱表面,成为
    宇航员第三只拿着不同工具的臂膀。
  132. 但他们如何才能控制机器人呢?
  133. 例如,在太空站外。
  134. 在这种情况下,我展示了一个
    拿着空间碎片的折纸机器人,
  135. 你可以通过视觉来操控机器人,
  136. 但更好的是将触觉,
  137. 直接传递到宇航员的手上。
  138. 此刻我们所需要的
    是模拟触觉的装置,
  139. 一个可以重现触觉感受的模拟界面,
  140. 利用折纸机器人,
    我们可以实现这一点。
  141. 这是全球最小的触觉模拟界面,

  142. 可以在指尖下方重现触感。
  143. 我们通过在模拟台上的
    可视宏观动作
  144. 以及肉眼不可见的微小运动
    来实现这一点。
  145. 通过这项技术,
  146. 你不仅能感受到物体的大小,
  147. 圆滑度和线条,
  148. 还能感受到物体的硬度和质感。
  149. 这个人机接口在艾利克斯的拇指下,
  150. 如果再搭配使用
    虚拟现实(VR)眼镜和手动控制器,
  151. 虚拟现实就不再是虚拟的,
  152. 而是变成了摸得到的现实。
  153. 艾利克斯不仅能通过颜色区分
  154. 眼前的蓝、红、黑三个球,
    还能通过不同材质来区分:
  155. 橡皮做的蓝球,海绵做的红球
    和台球触感的黑球。
  156. 同样,这已变为可能。
  157. 我为各位展示一下。
  158. 这是我们第一次
    在这么多观众面前

  159. 做现场演示,
  160. 希望它别出岔子。
  161. 你们现在看到的是人体解剖图,
  162. 以及折纸机器人的模拟界面,
  163. 跟别的折纸机器人一样,
  164. 它是多功能的,
  165. 既能用作鼠标,
  166. 又能作为触觉界面。
  167. 比如说,鼠标所在的
    空白界面中没有物体,

  168. 所以说我们什么也感受不到,
  169. 这个界面就会非常松。
  170. 现在我把它当作鼠标
    放到皮肤的位置,
  171. 一个肌肉发达的手臂,
  172. 我们感受一下他的肱二头肌,
  173. 或肩膀,
  174. 现在你看,它变得比较硬。
  175. 我们再换一个地方,
  176. 比如肋骨,
  177. 当我把鼠标移到肋骨
  178. 和肋间肌,
  179. 马上感觉到它变软了,
    而后又变硬。
  180. 我能感到很明显的差别。
  181. 我说的都是真的,
  182. 你们看现在摸起来很硬,
  183. 因为传到我指尖的反作用力变大了。
  184. 刚刚我摸的东西都是静止的,

  185. 要是我摸会动的东西又会怎样呢?
  186. 比如说,跳动的心脏,
  187. 会有什么感觉呢?
  188. (掌声)

  189. 这可以是你跳动的心。

  190. 在网购的时候,
  191. 你也可以把此装置放进口袋,
  192. 这样你就能触摸到
    你要买的毛衣的不同质地,
  193. 感受一下它有多柔软,
  194. 感受一下它是不是纯羊毛,
  195. 还可以摸一摸你要买的百吉饼,
  196. 它有多硬,或有多脆,
  197. 这一切都已成为可能。
  198. 折纸机器人技术正变得
    越加人性化,且更具适用性,

  199. 来应对我们各类的生活需求。
  200. 这种独特的
    可自我重塑的机器人技术
  201. 是一个平台,可以通过
    提供无形而直观的人机接口。
  202. 来满足我们确切的需求。
  203. 这些机器人将不再
    局限于电影中的形象,
  204. 它们将成为你想要的任何东西。
  205. 谢谢。

  206. (掌声)