仿生机器人技术及航天应用-

10月6日晚，中山大学航空航天学院的吴嘉宁副教授为同学们带来了一场开拓视野的科普讲座。讲座中，身为“中大百人计划”吴嘉宁副教授向同学们介绍了仿生机器人这一前沿领域的相关知识。

何为机器人？何为仿生机器人？

想要了解仿生机器人，需要先了解什么是机器人。机器人在生活中并不陌生，甚至可以说无处不在。所谓机器，便是器，是帮助人们实现工作目标的一种工具，机器人也亦是如此。机器人同作为机器，是一种机械智能一体化机械系统，接受人的控制，自主或半自主完成实现工作。

作为机器人的拓展，仿生机器人相比于传统机器人，会更好地实现工作目标。吴嘉宁副教授认为，在漫长的自然进化中，自然中生物的某些机能已经趋向完美。如果人类能学习它们的运作原理，在生产活动中，人们或许能省下大量成本，同时提高工效，实现更多的特种工作。

仿生机器人作为交叉学科，发展前景广阔，贴近时代前沿，会成为时代发展的热门。

航天工程为什么需要仿生机器人？

航天工程是我国重点科研工程之一，其安全性和成果性需要得到可靠保障。安全是航天工程发展的大前提，仿生机器人则为航天工程打下了牢靠的基石。作为机器人，相比起载人工程，安全成本大大降低；同时，仿造生物生活习性，能极大帮助航天探索时所需的探索任务，非常有利于航天探索。作为航天工程的重要一环，仿生机器人未来还将在更多的领域帮助航天工程进一步发展。

▲吴嘉宁副教授介绍航天工程发展规划

如何设计一款仿生机器人？

仿生机器人的诞生主要分为三部分：学习动物、制作算法、生产制造。既然是仿生，那么就需要进入到生物中去。在学习动物的过程中，一般采用研究观察、先死后活的思路进行。先对动物尸体进行解剖，掌握其内部肌肉组织的组成；再对动物进行活体实验，观察动物在活动过程中的活动情况，推演和整理得出算法。

仿生机器人在航空航天工程中有什么运用？

讲座中，吴嘉宁副教授向同学们展示了他们实验室在仿生机器人上的部分成果，其中包含学习镰蚁切割拾取的仿生机械模型，该种机器人可以在深空探索时对样品进行切割与采集。除此之外，吴嘉宁副教授还展示了工蜂吸取花蜜的舌头，其高频率的抽动对黏稠高浓度液体的输送有着极好的适应性，能够提高航天器在空间灌溉和流体散热方面的能力。还有学习水母制作出的高寿命且能软接触的夹爪、学习象鼻能够弯曲且轻柔拾取物品的柔性拾取器等。这些仿生机器人们都将在未来航天工程中起到不可替代的作用。

▲吴嘉宁副教授介绍学习镰蚁制造的模型

对未来的期望

在讲座的最后，吴嘉宁副教授对同学们提出了努力报国的期望。吴嘉宁副教授认为，我们是最接近航空报国的一代，距离我国的航天事业发展是如此之近。吴嘉宁副教授希望同学们能脚踏实地，切实基础，切实努力，投身科研，在祖国未来的航天事业发展上做出属于自己的贡献。

在讲座结束之后，吴嘉宁副教授与在场的同学们发起了提问互动：

吴老师您好！我想请教您一些关于仿生机器人最优解的问题。仿生机器人所模仿的架构一定是最优解吗？会不会有更好的解决方案？就像您提到的大象组织比率，6:1:3的比率一定是效能最高最软的最优解吗？它有没有可能是大象打架用力的最优解呢？

吴老师

答案是不一定的。随着自然界长久以来的选择，象鼻的功能得到了进化，经过这么长的时间跨度以后，象鼻变成了我们现在所见到的模样。大象的象鼻在拾取物品方面确实存在着更好的解决方法，但不一定会是最优解。就像你提到的，大象象鼻的肌肉组织也可能是更倾向于打斗的，我们在研究大象时也发现了大象象鼻身上的体毛非常锋利和尖锐，如同一把锋利的匕首。象鼻一甩，甚至能打死狮子这些强壮的动物，这也确实说明象鼻的肌肉组织在打斗方面有着倾向。我们现阶段确实无法确定我们研究出的6:1:3这个比率是最适合我们产品的比率，我们的研究还不够深入，未来我们也会继续深入进行研究，不断完善我们的产品。

▲同学提问

吴老师您好！刚才您在讲座中提到了您学习研究镰蚁的前部分组织，请问这种习性是所有镰蚁都存在的吗？这种类似圆弧轨道的夹取的原理是什么？相比起水平夹取，这种夹取方式有什么特点？

吴老师

谢谢同学的提问，我们所研究出这种圆弧轨道夹取的结构并不是所有镰蚁都具有的，如你所说，世界上许多其他种类的镰蚁的夹取方式也是水平平动。这种圆弧轨道一般的夹取方式，增大了夹取物与机械臂的接触面积，减少了物品收到的应力，避免夹取物因受力过大而损坏。不只是镰蚁中存在着这种差异，蜜蜂中也存在。像我们熟知的工蜂舞，这种舞蹈会告诉蜂群蜜源的距离和方向，能提高蜜蜂们的工作效率。但不是所有地区的蜜蜂都会跳舞，就像马来西亚蜂，它们中就有的不会跳舞，这是自然界中存在的差异。研究仿生这一块，确实存在同种生物中习性和结构不同的情况，这时候需要努力钻研，排除阻碍，不然很难收获自己想要的结果。