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    彩票2元网排列三预测:仿生物细胞群体机器人问世 中国籍博士成果登Nature封面

    文章来源: 科技日报、新智元       发布时间:2019-03-21

    湖北十一选5开奖结果 www.tt1e.net 地球上的生物都由细胞构成,而细胞集体运作能力的强悍与复杂,至今人们也不能说完全了解??扇绻芄辉谥悄芰煊蚰D獬鲆欢ǔ潭鹊南赴楹显硕?,并能轻易扩展,那么理论上便可以利用大规?;魅舜丛斐鑫尴薜目赡?。英国《自然》杂志3月20日发表了一项工程学最新突破:美国科学家团队研发了一种能模拟生物细胞集体迁移的机器人,可实现移动、搬运物体及向光刺激移动。该研究为开发具有预先确定性行为的大规模群体机器人系统提供了全新途径,且比已诞生的传统机器人和仿生系统具有更高的可扩展性。


    仿生物细胞群体机器人问世 中国籍博士成果登Nature封面


    经过设计的??榛蛉夯魅讼低?,虽然可以模拟生物学行为,如自组装、修复和搬运,但大部分系统需要集中控制,或在设计上过于复杂而限制了系统的能力和可扩展性。


    鉴于此,美国哥伦比亚大学科学家霍徳·利普森及其同事设计的一款极简系统,可以减少这些限制。这种机器人由简单的盘状“粒子”组成,相比复杂的机器人,这些机器人的制造更为简单,也易于形成规模。


    仿生物细胞群体机器人问世 中国籍博士成果登Nature封面


    仿生物细胞群体机器人问世 中国籍博士成果登Nature封面


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    单个机器人“粒子”并不能移动,只能像相机光圈那样伸缩;但当它们松散聚集在一起后,程序就能让它们对单梯度信号(如光线)作出响应,并按照偏移模式振荡,集体朝着刺激源移动。


    测试中,研究人员用25个物理机器人“粒子”展示了移动、搬运物体以及向光刺激移动的行为,并用10万个“粒子”的模拟实验表明了该系统可扩展性。


    仿生物细胞群体机器人问世 中国籍博士成果登Nature封面

    图:创新的群体机器人系统。李曙光等人提出了一种机器人系统,它由许多松散耦合、随机移动、厘米级的组件组成。每个组件只能通过沿其半径摆动,通过伸展和收缩来移动。在这种振荡期间,组件的颜色代表它们的直径,绿色是最小的、蓝色是最大的;用于测试系统鲁棒性的故障组件用栗色表示。作者表明,他们的系统能够在躲避障碍物的同时,随着时间的推移,向环境信号(例如光源)表现出确定性的运动。


    此外,模拟预测在20%粒子失效的情况下,系统仍能继续运动。而在传统机器人系统中,单个个体的缺失经?;岬贾抡鱿低呈?。德国马克斯·普朗克智能系统研究所科学家评价认为,这种全新机器人具有传统机器人系统所没有的可扩展控制和鲁棒性——这是一种抗干扰能力参数,也是在异常和危险情况下系统生存的关键。


    值得注意的是,这篇论文的作者是一位中国年轻小伙儿李曙光。李曙光本科毕业于西安的西北工业大学,获得机械与航空航天工程学士学位,目前在哈佛大学任博士后研究员。



    这篇论文的作者是一位中国年轻小伙儿李曙光。李曙光本科毕业于西安的西北工业大学,获得机械与航空航天工程学士学位,目前在哈佛大学任博士后研究员。


    仿生物细胞群体机器人问世 中国籍博士成果登Nature封面


    李曙光的多项机器人研究发表在Nature、美国国家科学院院刊(PNAS)、Science等杂志上。这次Nature封面介绍的仿生物细胞群体机器人“粒子机器人”,是他作为第一作者的最新成果。


    仿生物细胞群体机器人主要突破性研究成果包括:


    ·该“粒子机器人”系统可以实现鲁棒的运动和物体移动,以及光导向运动和避障;


    ·与已有的仿生机器人系统相比具有更高的可扩展性和鲁棒性;


    ·证明了随机性为开发具有鲁棒的确定性行为大规模群体机器人系统提供了一种有希望的方法。


    德国马克斯?普朗克智能系统研究所科学家评价认为:这种全新机器人具有传统机器人系统所没有的可扩展控制和鲁棒性——这是一种抗干扰能力参数,也是在异常和危险情况下系统生存的关键。将来,若是该粒子机器人系统的大小能够达到微米级别,那么将在医疗等众多领域带来深远的影响和重大的突破。




    然而,作者的系统也有一些缺陷:


    首先,如果在组件集合的位置没有环境信号梯度,系统就不能向信号源移动;


    其次,组件需要从手动配置的位置开始,因为它们不能独立移动以相互接合;


    第三是实验证明的元件数量有限,速度较慢,体积较大,在不久的将来,该系统应该会扩展到更多更快更小的组件(甚至可能是微米级的组件);


    第四,由于聚合的随机性以及组件的随机放置和耦合,该技术不适用于诸如定向自组装和自组织成复杂的预定几何形状的任务。


    由于小型机器人技术的进步,设计和制造大量随机或确定性部件成为可能,这些部件能够表现出与粒子机器人系统类似的群体、群集行为。


    在过去几年中,通过设计各个单元之间的磁相互作用,产生了具有明确群体行为的移动微型机器人群体。一般来说,控制这种群集行为的主要策略依赖于单元对诸如磁场等远程控制的全局场的响应。尽管很难单独或局部处理每个单元,但单元之间的群体耦合交互可以全局控制,从而产生可编程的局部交互、自组装和群体行为。


    该方法已被用于在空气和水之间的界面处实现合成微生物群的群体二维组装、拆卸和操纵。


    未来工作


    在不久的将来,展示这种群体机器人系统的潜在高影响工程和医学应用将是至关重要的,而使用其他技术是不可能实现的。


    成群的随机细菌驱动的微机器人可以使用粒子机器人技术将药物运送到目标区域,到达人体内部难以到达的区域。


    这些菌群可能受化学梯度、氧梯度或癌组织环境pH值变化的影响。事实上,许多研究已经表明,群体细菌驱动的微虫群在靶向药物递送、医学诊断和环境传感方面具有潜在的应用。



    李曙光简介


    李曙光,2006年提前攻博至航天学院师从袁建平教授,主要研究方向为智能机器人与机构。本科和硕士阶段(2000-2007)就读于西北工业大学机电学院,导师为王俊彪教授。


    2008年9月~2009年11月,在国家留学基金委“国家建设高水平大学公派研究生项目”和美国康奈尔大学奖学金资助下,以联合培养博士生身份赴美公派留学。


    自2015年以来,李曙光在哈佛大学Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering和John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences任Robert Wood教授的博士后研究员。


    同时,李曙光也隶属于MIT计算机科学与人工智能实验室,自2014年以来与Daniela Rus教授合作。


    主要研究成果:


    S.Li, D.Vogt, D.Rus, and R.J.Wood, “Fluid-driven origami-inspired artificial muscles”, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 201713450, 2017.


    S.Miyashita, S.Guitron, S.Li, and D.Rus, “Robotic metamorphosis by origami exoskeletons”, Science Robotics, 2(10):eaao4369, 2017. (Contributed the idea and designed the research)。


    S.Li, J.Yuan, Y.Shi, and J.C.Zagal, "Growing scale-free networks with tunable distributions of triad motifs", Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 428, 103-110, 2015.


    F.Nigl, S.Li, J.Blum, and H.Lipson, “Autonomous Truss Reconfiguration and Manipulation Robot”, IEEE Robotics and Automation Magazine, Sept.2013.


    S.Li, J.Yuan, and H.Lipson, “Ambient Wind Energy Harvesting using Cross-Flow Fluttering”, Journal of Applied Physics, 109(2), 2011.


    S.Li and H.Lipson, “Vertical-Stalk Flapping-Leaf Generator For Wind Energy Harvesting”, Proceedings of the ASME/AIAA 2009 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems, SMASIS2009, Oxnard, CA, USA, September 2009. (Best student paper award)。




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