機(jī)器人是否應(yīng)該和大自然結(jié)合

大自然與科技，看似是兩個大相徑庭的學(xué)科，實際上卻有著千絲萬縷的關(guān)聯(lián)。1958年時，一名醫(yī)學(xué)院畢業(yè)后在空軍服役了20年的美國人斯蒂爾率先提出了將二者結(jié)合的理論，只不過當(dāng)時還并未將其命名為仿生學(xué)，而是意圖通過研究生物系統(tǒng)和生物體，來找到解決工程問題的方法。直至1960年9月，才被正式命名為仿生學(xué)。

然而仿生學(xué)的由來或許還可以追溯至更早，相傳在大禹時期，人們通過觀察魚類在水中的活動，發(fā)現(xiàn)魚尾的搖擺能夠控制魚身的前行與轉(zhuǎn)彎，因此也就出現(xiàn)了船尾上架置的木槳。

再如1903年萊特兄弟建造的第一架飛機(jī)，也是借鑒了鳥類的身體結(jié)構(gòu)，尤其是機(jī)翼部分，完全根據(jù)鳥類翅膀如何利用氣流上升、下降并改變方向的原理。

正如瑪特·富尼耶《當(dāng)自然賦予科技靈感》一書所提到的——我們面對的許多問題，或許在千百萬年前就被自然生物遇到了，經(jīng)過漫長的進(jìn)化，它們形成了絕妙的解決之道。

仿生學(xué)對人類科技的影響

瑪特·富尼耶所說的解決之道，正是仿生學(xué)的核心課題，人們不斷通過仿照和模擬生物特性，來創(chuàng)造出對人類發(fā)展起到貢獻(xiàn)的技術(shù)。

尤其在仿生學(xué)這一概念被提出后，這一門學(xué)科徹底被“引燃”，據(jù)2006年仿生學(xué)專家理查德·邦瑟的一項研究報告顯示，從1985-2005年之間，全球范圍內(nèi)非仿生的專利設(shè)計只攀升了2.7倍，而仿生學(xué)專利則增長了93倍之多。

現(xiàn)如今，仿生學(xué)這門獨(dú)立的學(xué)科，早已應(yīng)用在各個領(lǐng)域當(dāng)中。如代表性的光場相機(jī)（又名：蠅眼照相機(jī)），靈感便來源于蒼蠅的復(fù)眼，科學(xué)家通過仿效復(fù)眼小眼的蜂窩型結(jié)構(gòu)，制成了用于科研的蠅眼照相機(jī)，一次能夠拍攝千余張照片，飛機(jī)地速指示器、航空照相機(jī)均是運(yùn)用了這一原理。

再比如我們現(xiàn)今常接觸到的電子水墨屏，靈感便來源于蝴蝶。事實上，許多蝴蝶和一些鳥類羽毛（孔雀），翅膀上所展現(xiàn)的鮮艷色彩來源于化學(xué)的與物理色，化學(xué)的是自身生理代謝產(chǎn)生的色素顆粒，而物理色則是通過表面的棱柱狀晶體結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)出的。這些光被分成各種顏色的光帶并反射到觀察者的眼睛，與彩虹的原理大致相同。

高通的Mirasol顯示技術(shù)正是復(fù)制了這個原理，模擬蝴蝶拍打翅膀時產(chǎn)生的鮮明色彩，以此實現(xiàn)高反射性，創(chuàng)造出一種“永遠(yuǎn)在線”的視覺效果。

當(dāng)然，此類發(fā)明可謂數(shù)不勝數(shù)，如魯班觀察葉子邊緣發(fā)明的鋸、以啄木鳥頭部為原型研發(fā)的安全帽、蝙蝠原理的雷達(dá)、青蛙眼原理的電子眼、以及貝爾實驗室根據(jù)海綿結(jié)構(gòu)發(fā)明出更強(qiáng)韌的光纖電纜等。比比皆是的案例，仿佛在告訴我們——自然，便是最好的老師。

仿生學(xué)與機(jī)器人

回到機(jī)器人領(lǐng)域，若說哪家仿生學(xué)做的比較搶眼，非波士頓動力與費(fèi)斯托莫屬。還記得馬克·雷波特在創(chuàng)立波士頓動力時曾說過這樣一句話——我們的長期目標(biāo)，是要讓機(jī)器人更有移動性、靈活性，在感知和智能上能和人類、動物相提并論，甚至超越他們。

馬克·雷波特之所以重視仿生學(xué)，其原因在于現(xiàn)今地球上所存在的物種，它們完美適應(yīng)了不同的生存環(huán)境，可以說這些生物是在無數(shù)次優(yōu)勝劣汰中幸存下來的佼佼者，因此如果將其運(yùn)用在機(jī)械設(shè)計當(dāng)中，一些現(xiàn)實問題或許將會迎刃而解。

以波士頓動力早前的類似多節(jié)蟲的攀爬機(jī)器人（RISE）為例，這臺機(jī)器人的主要功能便是攀爬，“腳上”的微型爪，能夠使其緊緊吸附在墻面。其中仿生學(xué)的應(yīng)用讓RISE擁有了其他方方正正機(jī)器人所不具備的特殊能力。

而另一家從切割機(jī)以及可移位的切割床起家的費(fèi)斯托，則有著更為艷驚四座的產(chǎn)品，他們研究過螞蟻、袋鼠、蜻蜓、水母、蝴蝶、海豚等多個物種，并將其運(yùn)用在了自家機(jī)器人上。

尤其是那個讓人難辨真假的蝴蝶機(jī)器人，它能夠每秒拍打1-2次翅膀，最高速度可達(dá)到2.5m/s，機(jī)身裝有一個IMU，加速計，陀螺儀，指南針，還有兩個90毫安的聚合物電池。

這臺仿生機(jī)器人的出現(xiàn)，不僅是費(fèi)斯托對外的一次技術(shù)展示，也是自家在小型化、輕量化結(jié)構(gòu)和功能集成方面的又一次邁進(jìn)，而其意義就在于，為將來的同類型產(chǎn)品減少材料方面的使用。正如費(fèi)斯托所說——大自然給了我們答案，即如何用最少的能耗達(dá)到最高的性能。

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物

基本上來說，如上述所提到的仿生機(jī)器人并非個例，只不過此前仿生學(xué)大多用于軍工、科研與工業(yè)領(lǐng)域，消費(fèi)領(lǐng)域的運(yùn)用相對較少。而當(dāng)下我們也能感受到，越來越的軍工科技正逐步被民用，因此消費(fèi)級機(jī)器人與仿生學(xué)的交融似乎也不再遙不可及。

為何這么說，如果說仿生學(xué)短期只是作為一個“新鮮玩意”所備受矚目的話，那么長期的未來，機(jī)器人顯然要在生活中承擔(dān)起更多元化的任務(wù)。

譬如服務(wù)機(jī)器人就是一個很好的例子，據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）一組數(shù)據(jù)顯示，2018年全球服務(wù)機(jī)器人市場達(dá)到92.5億元，預(yù)計2020年將快速增長至156.9億美元 。

顯然，這應(yīng)該是服務(wù)機(jī)器人發(fā)展歷程中的第一個黃金階段，畢竟科技產(chǎn)業(yè)都是“從無到有再到精”演變而來的，就好比智能手機(jī)，十年前沒人認(rèn)為它會往全觸屏的形態(tài)去發(fā)展，更想不到機(jī)身上還能搭載指紋識別與面部識別技術(shù)。

服務(wù)機(jī)器人亦是如此，現(xiàn)如今出現(xiàn)在大眾視野當(dāng)中的，基本上無外乎圓圓滾滾那么幾種形態(tài)，但這樣的產(chǎn)品設(shè)計思路存在著一個很大的問題。

以最普遍的地形問題為例，人類能夠輕松的適應(yīng)各類非極限地形（平地、樓梯、斜坡），這是機(jī)器人所不具備的能力?；旧蟻碚f，已經(jīng)商業(yè)化的產(chǎn)品，頂多能借助機(jī)器視覺來識別并繞開障礙物，但這還不足矣應(yīng)對家庭中的各類場景。再比如說，人類可以適應(yīng)很多工作崗位，既可以接待又能做調(diào)酒工作，但機(jī)器人不同，一個接待機(jī)器人目前不可能完成機(jī)械臂所擔(dān)起的調(diào)酒工作。

然而機(jī)器人產(chǎn)業(yè)未來的方向，明顯不是以產(chǎn)品為導(dǎo)向，而是要以需求為導(dǎo)向，持續(xù)縱深發(fā)展下去。就好比日本，其之所以大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，顯然是要將尖端技術(shù)推向至行業(yè)及普通家庭當(dāng)中去。在1月份當(dāng)?shù)氐囊环輬蟮乐酗@示，名古屋大學(xué)醫(yī)院和豐田工業(yè)公司開發(fā)了一個名為Palro的對話機(jī)器人。Palro不僅能夠用于指導(dǎo)護(hù)理、看護(hù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)將病人從床上抬到輪椅或幫助他們站立的功能。

顯然，未來這些服務(wù)型機(jī)器人若想實現(xiàn)更多場景里的延伸，仿生學(xué)這門學(xué)科自然是繞不開的話題，尤其在新技術(shù)成本逐漸下降的未來，仿生機(jī)器人將會成為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。