能够自我重塑和变形的折纸机器人
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0:02 - 0:06作为一个机器人科学家,
我经常被问到很多问题。 -
0:06 - 0:08“什么时候才会有机器人
帮我做早饭?” -
0:09 - 0:14我认为未来的机器人
会跟我们长得很像。 -
0:16 - 0:18我觉得他们会长得和我一样,
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0:18 - 0:22所以我为它们制作了眼睛,
以我的眼睛作为模拟范本。 -
0:23 - 0:28我为机器人研制了
足够灵活的手指,来帮我…… -
0:28 - 0:29投棒球。
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0:32 - 0:34像这样的传统机器人
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0:34 - 0:37是基于固定数量的
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0:37 - 0:40关节和制动器来执行它的功能,
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0:41 - 0:45这意味着在设计构思它们的阶段,
其功能和外形 -
0:45 - 0:47就已基本固定了。
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0:47 - 0:50也就是说,虽然这个
机械臂扔球扔得很准—— -
0:50 - 0:53准到完美击中三脚架——
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0:54 - 0:57但它并不能给你做早饭,
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0:57 - 1:01比如炒鸡蛋。
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1:01 - 1:05所以我对未来的机器人
产生了新的构想: -
1:06 - 1:08那就是“变形金刚”。
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1:09 - 1:12这种机器人可以根据
执行的任务和环境的不同, -
1:12 - 1:16在驾驶、奔跑、飞行
三种模式间自由切换。 -
1:17 - 1:19为了实现这个构想,
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1:19 - 1:23我们必须重新思考
机器人的设计方式。 -
1:23 - 1:27想象一个多边形的机器人模块,
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1:27 - 1:30并且用这一个简单的多边形模块
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1:30 - 1:33去“折”成各种不同的形状,
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1:33 - 1:37去拼成一个新的机器人
来完成各种不同的任务。 -
1:38 - 1:41在计算机绘图领域,
这不是什么新鲜事—— -
1:41 - 1:45它已经应用多年,
而且大多数电影都采用这项技术。 -
1:45 - 1:49但要建造一个
身体可以移动的机器人, -
1:49 - 1:50就完全是另一回事了。
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1:51 - 1:53没有前例可循。
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1:54 - 1:57但是,我们都干过类似的事。
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1:57 - 2:03那便是,我们都折过纸,
无论是纸飞机、纸船,还是千纸鹤。 -
2:04 - 2:08以设计师的角度来看,
折纸艺术是一个变化多端的过程, -
2:08 - 2:12用一张纸,你就可以折出各种形状,
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2:12 - 2:16如果你不喜欢这个作品,
可以拆开来,再折出另外的东西。 -
2:16 - 2:22任何 3D 立体形式都可以
由 2D 平面折叠而成, -
2:22 - 2:25这在数学上得到了证明。
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2:27 - 2:31再想象一下,
要是有一张智能化的纸, -
2:31 - 2:35这张纸可以随时随地自己折成
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2:35 - 2:36任何形状。
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2:36 - 2:39这就是我致力于创造的
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2:39 - 2:41“全自动折纸机器人”,
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2:41 - 2:44简称 “折纸机器人(robogami)”。
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2:45 - 2:49这是我十年前做的
第一代 “折纸机器人” -
2:49 - 2:52首次变型的过程。
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2:52 - 2:54它从一个平面
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2:54 - 2:57变成了金字塔,然后再变回来,
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2:57 - 3:00接着又变成航天飞机的形状。
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3:01 - 3:02很可爱吧!
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3:03 - 3:10十年后的今天,我的
忍者折纸机器人研究团队—— -
3:10 - 3:12我们现在大概有 22 个人——
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3:12 - 3:16已经做出了新一代的折纸机器人,
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3:16 - 3:20它的执行效率更高,
能完成的事情也更多。 -
3:20 - 3:23这代折纸机器人是有实际用途的,
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3:23 - 3:29比方说,这个机器人
能根据实际地形来自主导航。 -
3:29 - 3:33在干燥和平坦的地面,
它会以爬行的方式前进。 -
3:34 - 3:37要是地表凹凸不平,
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3:37 - 3:38它就采用翻滚模式。
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3:38 - 3:40虽然是同一个机器人,
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3:40 - 3:44但现在它能根据不同地形
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3:44 - 3:49激活不同的驱动器,
从而采取不同的移动方式。 -
3:50 - 3:54当它遇到障碍物时,
还能直接跳过去, -
3:55 - 3:59这是通过在机器人腿部储存
并释放能量来完成的。 -
3:59 - 4:03于是机器人
就会像弹弓一样弹起来, -
4:03 - 4:05它甚至还能做体操动作。
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4:06 - 4:07耶!
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4:07 - 4:08(笑声)
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4:09 - 4:13你们刚刚看到了
一个折纸机器人所能实现的, -
4:13 - 4:16更不用说如果有一群
这样的机器人了, -
4:16 - 4:20它们可以联合起来
完成更复杂的任务, -
4:20 - 4:23每个模组,不论是主动式,
还是被动式模组, -
4:23 - 4:27我们都能够组合它们
来创造出各种不同的形状。 -
4:27 - 4:29不仅如此,通过控制
它们的可折叠关节, -
4:29 - 4:34我们还可以创造并攻克不同的任务。
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4:34 - 4:38灵活多变的组合形状
正在开拓机器人的新任务空间。 -
4:38 - 4:42此时,最重要的任务便是组合。
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4:42 - 4:46我们得让机器人能自主找到彼此,
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4:46 - 4:51并根据环境和任务的需要,
合体或者分离, -
4:52 - 4:54这已经实现了。
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4:54 - 4:56那下一步是什么?
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4:56 - 4:57突破我们的想象力。
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4:58 - 5:00这是我们可以通过该模组
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5:00 - 5:02实现的机器人模拟。
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5:02 - 5:05我们决定把这个四腿爬行的机器人
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5:07 - 5:10变成一条小狗,
再让它小步走路。 -
5:10 - 5:14同一个模组,
我们也可以做成别的东西: -
5:14 - 5:17做一个机械臂,
一种典型的传统式机器人。 -
5:17 - 5:20机械臂,顾名思义可以抓取物品。
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5:20 - 5:24当然,你还可以添加
更多模组使机械臂更长, -
5:24 - 5:28来抓取更大或更小的物体,
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5:28 - 5:30或者甚至是装第三只手臂。
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5:32 - 5:36折纸机器人
是没有特定的形状或功能的。 -
5:37 - 5:42它们能随时随地变换成任何形状。
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5:42 - 5:45那我们如何制造它们?
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5:45 - 5:50技术上的最大挑战
就是实现超薄化, -
5:50 - 5:52具有灵活性,
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5:52 - 5:54但同时确保实用功能。
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5:55 - 5:58每个单一的机体内都是
由多层电路,马达, -
5:58 - 6:01微控制器
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6:01 - 6:03以及传感器组成的。
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6:03 - 6:06在控制单个折叠接头时,
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6:06 - 6:09我们的命令能让机器人
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6:09 - 6:11实现这样的软运动。
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6:14 - 6:19不像其他机器人那样
局限于单一功能, -
6:19 - 6:23折纸机器人的优势在于
它可以完成多种任务。 -
6:23 - 6:25这使它得以
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6:25 - 6:29在地球以及太空的
复杂独特的环境当中 -
6:29 - 6:32发挥重要的作用。
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6:34 - 6:37太空任务再适合折纸机器人不过了,
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6:38 - 6:42给每一个任务配置一个
专属的机器人成本太高, -
6:43 - 6:46谁知道我们未来会有多少太空任务?
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6:47 - 6:54所以必须得有一个多功能的
机器人来完成这些任务。 -
6:55 - 7:00我们想要一套
薄型折纸机器人模组, -
7:00 - 7:05可以通过变形
完成各种各样的任务。 -
7:06 - 7:10这不是我随便说说而已,
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7:10 - 7:13欧洲航天局和瑞士航天局
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7:13 - 7:15已经在资助这个想法了。
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7:16 - 7:21图片上显示的就是
折纸机器人的各种不同组合, -
7:21 - 7:24它们能在太空外星上探索,
能在地表工作,能飞天勘察, -
7:24 - 7:26也能深入地表以下。
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7:27 - 7:29这不仅仅是探索。
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7:29 - 7:32对于宇航员来说,
他们需要额外的帮助, -
7:32 - 7:35因为你无法承受
送个实习生上太空的后果。 -
7:35 - 7:36(笑声)
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7:36 - 7:39他们必须完成每项繁琐的工作,
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7:39 - 7:40可能是很简单,
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7:41 - 7:43但却有极强交互性质的工作。
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7:43 - 7:46得益于此,它们可以
辅助宇航员进行实验, -
7:46 - 7:49帮助他们进行通信,
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7:49 - 7:54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。 -
7:55 - 7:58但他们如何才能控制机器人呢?
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7:58 - 8:00例如,在太空站外。
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8:00 - 8:04在这种情况下,我展示了一个
拿着空间碎片的折纸机器人, -
8:04 - 8:08你可以通过视觉来操控机器人,
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8:08 - 8:12但更好的是将触觉,
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8:12 - 8:16直接传递到宇航员的手上。
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8:16 - 8:19此刻我们所需要的
是模拟触觉的装置, -
8:19 - 8:22一个可以重现触觉感受的模拟界面,
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8:23 - 8:26利用折纸机器人,
我们可以实现这一点。 -
8:27 - 8:31这是全球最小的触觉模拟界面,
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8:32 - 8:38可以在指尖下方重现触感。
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8:38 - 8:41我们通过在模拟台上的
可视宏观动作 -
8:41 - 8:45以及肉眼不可见的微小运动
来实现这一点。 -
8:46 - 8:47通过这项技术,
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8:47 - 8:51你不仅能感受到物体的大小,
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8:51 - 8:54圆滑度和线条,
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8:54 - 8:58还能感受到物体的硬度和质感。
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8:59 - 9:03这个人机接口在艾利克斯的拇指下,
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9:03 - 9:08如果再搭配使用
虚拟现实(VR)眼镜和手动控制器, -
9:08 - 9:11虚拟现实就不再是虚拟的,
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9:12 - 9:14而是变成了摸得到的现实。
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9:17 - 9:19艾利克斯不仅能通过颜色区分
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9:19 - 9:23眼前的蓝、红、黑三个球,
还能通过不同材质来区分: -
9:23 - 9:28橡皮做的蓝球,海绵做的红球
和台球触感的黑球。 -
9:29 - 9:30同样,这已变为可能。
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9:31 - 9:33我为各位展示一下。
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9:34 - 9:38这是我们第一次
在这么多观众面前 -
9:38 - 9:41做现场演示,
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9:41 - 9:43希望它别出岔子。
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9:44 - 9:48你们现在看到的是人体解剖图,
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9:48 - 9:51以及折纸机器人的模拟界面,
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9:51 - 9:53跟别的折纸机器人一样,
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9:53 - 9:55它是多功能的,
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9:55 - 9:57既能用作鼠标,
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9:57 - 9:59又能作为触觉界面。
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9:59 - 10:03比如说,鼠标所在的
空白界面中没有物体, -
10:03 - 10:05所以说我们什么也感受不到,
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10:05 - 10:09这个界面就会非常松。
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10:09 - 10:13现在我把它当作鼠标
放到皮肤的位置, -
10:13 - 10:14一个肌肉发达的手臂,
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10:14 - 10:16我们感受一下他的肱二头肌,
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10:16 - 10:17或肩膀,
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10:17 - 10:20现在你看,它变得比较硬。
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10:20 - 10:22我们再换一个地方,
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10:22 - 10:24比如肋骨,
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10:25 - 10:27当我把鼠标移到肋骨
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10:27 - 10:30和肋间肌,
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10:30 - 10:31马上感觉到它变软了,
而后又变硬。 -
10:31 - 10:33我能感到很明显的差别。
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10:33 - 10:35我说的都是真的,
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10:35 - 10:39你们看现在摸起来很硬,
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10:39 - 10:41因为传到我指尖的反作用力变大了。
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10:42 - 10:46刚刚我摸的东西都是静止的,
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10:46 - 10:49要是我摸会动的东西又会怎样呢?
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10:49 - 10:51比如说,跳动的心脏,
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10:51 - 10:53会有什么感觉呢?
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11:00 - 11:06(掌声)
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11:07 - 11:10这可以是你跳动的心。
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11:10 - 11:14在网购的时候,
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11:14 - 11:16你也可以把此装置放进口袋,
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11:16 - 11:20这样你就能触摸到
你要买的毛衣的不同质地, -
11:20 - 11:21感受一下它有多柔软,
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11:21 - 11:24感受一下它是不是纯羊毛,
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11:24 - 11:26还可以摸一摸你要买的百吉饼,
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11:26 - 11:29它有多硬,或有多脆,
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11:30 - 11:32这一切都已成为可能。
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11:35 - 11:41折纸机器人技术正变得
越加人性化,且更具适用性, -
11:41 - 11:44来应对我们各类的生活需求。
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11:44 - 11:48这种独特的
可自我重塑的机器人技术 -
11:48 - 11:54是一个平台,可以通过
提供无形而直观的人机接口。 -
11:54 - 11:57来满足我们确切的需求。
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11:58 - 12:02这些机器人将不再
局限于电影中的形象, -
12:03 - 12:07它们将成为你想要的任何东西。
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12:07 - 12:08谢谢。
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12:08 - 12:12(掌声)
- Title:
- 能够自我重塑和变形的折纸机器人
- Speaker:
- 杰米·派克
- Description:
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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。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 12:26
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