两小时打造软体机器人
软体机器人独有的柔韧性,使它们能够挤进传统机器人难以涉足的狭小区域,一些软体机器人即使被压扁也可以复原。这样的特性让它们拥有巨大的应用潜力,比如成为合适的外科手术工具、从事地震等危险环境的搜索和救援工作。在打造软体机器人时,科学家往往会尝试在材质坚硬的机器人的基础上添加柔软的材料。现在,加州大学圣迭戈分校的科学家另辟蹊径,他们从昆虫身上获得启发,开发出可以高效、廉价地3D打印软体机器人的新方法。
给予研究人员灵感的,是昆虫的外骨骼结构。他们由此想到,为什么不先制造出一个柔软的机器人基底,再在合适的部位添加坚硬的“外骨骼”呢?他们通过这一思路打造出了柔性外骨骼(flexoskeleton)。为此,研究人员选择了聚碳酸酯薄片作为基底,并在此基础上打印刚性部分,以增强整体的坚固性。而聚碳酸酯作为基底,也满足了机器人所需的柔性。
这一方法要比传统方法有效、便宜得多,打印出单个的外骨骼部件只需不到10分钟,花费不到1美元;打印并组装出整个机器人也可以在两小时内完成,并且不需要任何特殊材料。这篇论文发布在最新一期的《软体机器人》杂志上。
“我们希望这种柔性骨骼可以帮助我们制造一系列柔软的机器人,”论文作者尼克·格拉维西(Nick Gravish)说,“通过这种方法,不需要太多人力,就可以制造出一大波灵活的机器人。还可以准备像乐高一样的零件库,这样可以轻松替换机器人的部件。”他们的终极愿景是制造出完整的流水线,不需人力就装配出完整的软体机器人。
会学习的智能机器狗科学家通过模仿人和动物的结构和行为,设计出了多种机器人。
但是这些机器人,都是根据预先设定的算法来行动的。目前,谷歌AI实验室正在做的是让机器人去主动学习人类或动物的真实行为,以更接近于真实。最近,在一篇预印本的文章中,他们公布了这套AI系统。这种AI系统能处理狗的运动录像,将其转化为动画。在实验中,当AI系统将这些模拟的动画,上传给给由宇树科技公司开发的Laikago四足机器狗时,这个机器狗便能开始自己的行为,模拟动画中的运动。
但一开始,它们做得并不够好,随时都有可能摔倒。对于波士顿动力开发的四足机器人来说,由于提前设定好了算法,它们在绊倒后能自己主动站起来。但这对Laikago还有一定的难度。随后,研究人员通过进一步优化AI系统动画,让Laikago能更有效地停止动作。最终,经过训练的Laikago能像一只真实的狗一样行走、跑和追逐自己的尾巴。
(Laikago的名字来源于第一个上太空的地球生物——流浪狗“Laika”)。目前,Laikago已经能实现快走(每秒1.16米)、跳跃和转弯。研究人员相信通过进一步的研究,让Laikago拥有更接近狗的行为,并完成现实世界中的任务,例如在多层仓库和履行中心之间运输物料。
神经元细胞上的“高速公路”
在大脑发育、神经元生长和形成记忆的过程中,不同的神经元需要在各自特定的位点合成蛋白质,以形成新的神经分支,而这也将会改变神经元之间的信号传递。这一过程一直备受研究人员的关注,在一项发表于《科学·进展》的研究中,西班牙基因调控中心(CRG)的科学家揭示了新的神经元形成和生长的分子学机制。之前的研究显示,每一个细胞都有自组织的高速运输网络,能将大分子从细胞的一端运到另一端。
细胞中有许多种充当“交通工具”的运输蛋白,其中最常见的是驱动蛋白。在大脑中,这些驱动蛋白会运输上千种蛋白质对应的mRNA,在神经元的分支上移动。在这一研究中,科学家发现,在APC蛋白的参与下,驱动蛋白KIF3A/B能运输微管蛋白mRNA和肌动蛋白的mRNA。采用不同的荧光染料标记转运mRNA的驱动蛋白后,科学家在高灵敏度显微镜下观察到了这些蛋白分子的快速运动。
此外,mRNA具有特殊的定位信号,该信号将控制不同的mRNA加载到驱动蛋白上的效率。即使对该信号进行微小的改变,也会影响mRNA到达其目标目的地的过程,这表明脑细胞发展出了复杂的机制来控制数千种不同信息的传递。当mRNA到达指定的位点,能翻译成蛋白,促进神经元的生长和发育等。例如,由mRNA翻译的微管蛋白和肌动蛋白,参与神经元细胞骨架的构建,直接影响于其他神经元之间的连接。