《方寸硅片现机器人大军》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2020-08-31
  • 首个0.1毫米机器人已经问世。得益于与现有硅电子器件兼容的一类新型制动器(使机器人移动的部件)的发展,科学家创建了行走的微型四脚机器人“大军”。相关成果8月26日在线发表于《自然》。

    1959年,诺贝尔奖得主、理论物理学家理查德·费曼首次提出微型医用机器人的概念。将电子器件微型化以生产细胞大小的机器人一直是人们追求的目标,但由于缺乏合适的微米级制动器系统,该技术一直受到限制。

    美国宾夕法尼亚大学的Marc Miskin及其同事展示了一类新型电化学制动器,克服了这个问题。这些制动器构成了机器人的腿,其尺寸小于0.1毫米(约为人的头发宽度),当受到激光刺激时,就会弯曲,产生行走动作。研究人员在一块4英寸的硅片上制造了超过100万个行走机器人。

    这些机器人由板载硅太阳能电池驱动。研究人员表示,这是已知的第一个尺寸小于0.1毫米的机器人,其中板载电子装置用于控制驱动。该机器人很坚固,能在高酸性环境和较大温度变化中生存下来,并且可以通过皮下针头注射,为探索生物环境内的应用带来了可能。

    不过,这些机器人目前功能有限,它们比其他游泳机器人慢,不能感知环境,而且缺乏综合控制。但研究人员认为,它们与现有硅技术的兼容性使其能够开发出更多功能。(晋楠)

    相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2626-9

  • 原文来源:http://paper.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2020/8/357373.shtm?id=357373
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    • 根据国际机器人协会IFR的数据,全球范围内生产自动化都在崛起,2017年工业机器人年销售量同比飙升29%到38万台。 目前欧洲博得机器人使用率的头筹,美国和亚洲紧随其后。就具体国家来说,目前全球自动化排名最高的前十个国家和地区分别是:韩国,新加坡,德国,日本,瑞典丹麦,美国,意大利,比利时和中国台湾。 2016年,在全球制造业每1万名员工中,平均对应74台(2015年为66个)机器人,而韩国这个数据是631台,远超第二新加坡的488和第三德国的309。 中国目前虽然万人机器台数的数据排名并未进前20,但中国是全球工业机器人的最大买家。2017年全球工业机器人销售量为38万台,其中13.8万台由中国消化。 韩国的工业机器人渗透率奇高,是因为韩国政府的持续引导。对部署了自动化设备的企业,韩国政府给与3%—7%不等的税收豁免,这个优惠已经实行多年,2017年一度传言要停止,然后至今依然有效。 韩国政府将高科技创新提升到国家战略的高度。韩国一直在彭博编制的全球国家创新力指数排名中名列前茅,尤其是GDP中用于研发、教育的比重一直排在全球第一。 2017年,全球工业机器人销售量为38万台,虽然13.8万台由中国买走,排名第二的韩国仅占据了其中的4万台,但韩国已经蝉联工业机器人第二大买家多年,甚至美国德国也长年居于韩国之下。考虑到中国的人口是韩国的27倍,疆域是韩国的95倍(世界银行2017年数据),却仅仅比韩国的工业机器人采购量多出2倍,这个数据反而侧面说明韩国在工业自动化和机器人产业上的惊天投入。 韩国不仅以万人对应的631台机器人数量居世界榜首,其核心的汽车产业,已经做到了每万名雇员对应2,145台机器人。 工业机器人的主要应用:电子工业,制造业 目前“机器人”这个产业,大部分都指“工业机器人”,如瑞士机器人、自动化巨头ABB著名的生产线用机械手臂,而不是电影和科幻小说中的人型机器人。 韩国的工业机器人,主要分布在电子产业和汽车制造业,而上述万人对应的机器人台数全球第二的新加坡,90%的工业机器人也是用于电子产业。 排名紧随其后的德国和日本,主要将工业机器人应用于汽车产业。 除此之外,占据了全球机电四巨头中的一半(安川电机、发那科)日本还是全球最大的工业机器人供应商,占据了全球52%的供应量。 中国在追赶 中国目前万人对应的机器人台数仅68台(最新2016年数据),还排不进全球前二十。但这是从2013年的25台增长而来,对应的复合年化增长率为28.4%。 IFR估计到2020年,中国会进入这个列表的前十名。
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    • 自1960年代臭名昭着的太空竞赛以来,全球各地的航天机构一直在建造,测试和发射各种机器人,每个机器人的设计目的都是向我们介绍有关我们的大气,月球,太阳系及其他方面的更多信息。   从1970年代苏联的第一架月球车到即将发射的2020年火星,这些机器人执行的任务对人类来说都太危险或平凡,并访问了遥远星球的最偏远,极端地形。   为了庆祝我们学到的一切以及我们仍然发现的东西,我们汇总了最好的太空机器人清单   卢诺霍德1   在NASA的尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)登上月球的第一步之后,苏联发射了第一架成功的月球漫游车-Lunokhod1。从1970年11月到次年夏天,Lunokhod 1穿越月球表面超过10公里,远离苏联作战。为了将这一成就视为现实,NASA的“火星漫游者机遇”在六年中仅行驶了12公里。Lunokhod 1白天使用太阳能,晚上使用night热加热器,以承受-150°C的温度。它发送回有关月球土壤的数据以及月球陨石坑的一些最初特写视图。   阿波罗15号月球车   直到1971年7月,卢诺霍德1号完成了发射,美国航空航天局的第一架月球车才降落。作为载人阿波罗15号飞行任务的一部分发射的阿波罗15号月球越野车成为第一个在月球上行驶的飞行器。可行驶的漫游车的美丽之处在于它可以帮助宇航员探索其着陆点以外的地方,这意味着他们可以收集更多的奇异样本。而且,在执行任务期间,这辆LRV总共行驶了27公里,即3小时2分钟。从技术上讲,它构成了自那时以来建造和发射的所有流动站的基础。在这张照片中,由指挥官戴夫·斯科特(Dave Scott)拍摄,模块飞行员吉姆·欧文(Jim Irwin)与漫游者以及哈德利山(Mount Hadley)在背景中合影。   旅居者   首先,旅居者号是登陆火星的原始机器人漫游车。漫游者以非裔美国人活动家Sojourner Truth的名字命名,在其登陆点Ares Vallis周围的红色星球区域进行了探索。该区域平坦,使流动站能够安全降落,并被认为是古代洪水的发源地。从1997年7月4日着陆到两个月后的最后一次传输,Soyourner寄回了550张火星图像,并揭示了有关土壤,风和天气类型的迷人见解。   机会漫游者   在预期任务结束后的15年中,火星机会漫游者于2018年6月10日向美国国家航空航天局总部进行了最后一次发射。机会于2004年1月降落在火星的Meridiani Planum地区,这是其同胞精神漫游者抵达后的20天降落在地球另一侧的古塞夫火山口。在2011年5月任务结束之前,Spirit记录了将近8公里,而《机遇》则打破了创纪录的45公里。在旅行中,它收集了超过217,000张图像。这张机会自拍是在火星探测器5000周年之际使用漫游者的显微成像仪在奋进火山口的斜坡上穿越“恒心谷”时拍摄的。   好奇心漫游者   好奇号可能是最着名的火星漫游者,并且仍在执行中。如图所示,这张自拍照显示了火星大风火山口中维拉·鲁宾岭上的汽车大小漫游车。好奇号于2012年8月6日降落在火星上,最初定型为两年。降落仅六个月后,NASA“无限期”延长了这项任务。它是为评估火星的“可居住性”而建造的,它携带有史以来规模最大,最先进的科学仪器,被送往火星表面,这些仪器可以采集岩石样本,分析其形成和结构并将数据发送回地球。   右旋   距家更近的地方是Dextre,这是加拿大航天局(CSA)建造的两臂“远程夹持器”太空机器人,用于协助国际空间站(ISS)。它于2011年2月完成了其第一个预定任务,并一直在协助机上宇航员维护该站。尤其是,Dextre解决了在站内和站外都需要完成的艰巨而常规的工作,这在ISS的外部图片中已取代了其中一个外部摄像头。它由CSA从地球控制,使宇航员可以腾出更多的时间在科学实验上。它的每个手臂都有七个关节,它们可以上下左右移动并可以旋转。然后,每只手都包含一把扳手,照相机和照明灯以及一个用于提供电源,数据和视频连接的连接器。   劫掠者   在国际空间站的其他地方,Robonaut项目一直在研究机器人技术,方法是派出人形生物与“太空站”的现役人员一起“生活”。美国宇航局(NASA)宇航员丹·伯班克(Dan Burbank)是第30探险队的指挥官,在国际空间站的命运实验室中与Robonaut 2合影。robonauts是在德克萨斯州休斯顿的NASA约翰逊航天中心建造的灵巧类人机器人。最初的模型最近进行了升级,配备了两个“腿”,功能更强大的处理器和传感器,并且所谓的Robonaut 2承担了完成使ISS进入轨道所需的检验工作的任务。这些任务包括简单,重复或危险的任务。   未来的机器人   除了维护和操作其当前的太空机器人机队外,NASA和其他太空机构还正在研究其下一代机器,这些机器将在不久的将来执行任务   运动员   如图所示,运动员已经建造完毕,正在接受NASA喷气推进实验室的测试。它的名字代表全地形六角腿外星探险者,它是一种能够在月球,火星及以后看到的各种地形上翻滚和行走的机器人车辆。它旨在帮助机器人和有人值守的任务,运输和存放有效载荷。例如,第一个版本可以与加油站对接,未来的版本将可以连接到更多的航天器,并且移动速度比火星探索漫游者快100倍,并且可以在几乎所有地形上行驶,包括垂直岩壁。   火星2020漫游者   之前所有的火星漫游者都在建造下一个大型火星任务,定于2020年进行。预计于明年7月发射,并于2021年2月登陆,2020年火星漫游者的任务将至少持续到最后一火星年(687地球日)。它看起来与“好奇号”相似,但具有更强大的砂轮设计以及用于将火星岩石和土壤样本取芯的钻头。这是火星探测器首次进行此类演习,这将有助于NASA科学家更好地了解火星的地形,地形和历史。