"我的敵手今朝是美國航空航天局(NASA)。"北京交通大學傳授姚燕安如斯定位自身的研討。
這并非一句玩笑話。正在接受《財經國度周刊》記者專訪時,姚燕安說,多少機器人的運用定位,是現有機器人難以經由過程的極度龐雜阻礙環境,包含民用搶險救濟嚴重破壞路面、軍事田野作戰靜態變革地形,和星球深度探測未知龐雜輪廓等。現正在國際上只有美國航空航天局正正在研發一款適用于月球北極龐雜地形深度探測的四面體機器人。
事實上,美國人還已對姚燕安的研討和作品有了接觸和掌握。美國總統奧巴馬夫人米歇爾對此更是興趣盎然。
2014年3月21日,中美兩國的第一夫人彭麗媛取米歇爾一同觀光了北京師范大學第二附屬中學。她們來到工程技術實驗室時,姚燕安正在給門生們上"多少機器人"課。
姚燕安向彭麗媛和米歇爾引見了課程狀況及自創的"MSEA"教誨理念,即以多少機械人為載體,將數學(Mathematics)、科學(Science)、工程(Engineering)和藝術(Art)相結合,出力造就門生構成數學家的松散思想、科學家的立異精力、工程師的實踐才能和藝術家的美學教養。
彭麗媛說,學校教育要看重造就門生立異思維和探索本領。
門生們展現了本人建造的機器人。米歇爾和女兒拿起遙控器,正在門生們指導下操控機器人。開始時"雙三角錐機器人"不聽使喚,她說這是個"壞男孩"。而比及學會節制機器人自在挪動后,米歇爾非常高興。正在白宮隨行記者為其攝制的訪華日志記載片中,她兩次說這門課程"真酷"。
新概念多少機器人
由1990年代的《神龍斗士》,到現在的《變形金剛》,機器人形象已家喻戶曉。狹義的機器人是指仿人形"兩足機器人",廣義的機器人包孕仿四足狗馬、六足蟲豸、八足蜘蛛等"多足機器人",和蛇形機器人等。若在傳統輪式、履帶式挪動體系上搭載計算機,使其具自立挪動本領,還稱為"輪式機器人"或"履帶式機器人"。
姚燕安首提"多形式團體閉鏈連桿式挪動體系"新概念挪動體系,其本質是將龐大空間連桿機構團體適用于組成挪動機器人的機器本體,具有龐大環境的高度適應能力、優良剛度和低成本控制體系等明顯技術優勢,其定位為應適用于現有輪式、履帶式和腿式等挪動體系均難以適應和根據的極度龐大停滯地形。
基于多形式團體閉鏈連桿式挪動體系,姚燕安提出俗稱"多少機器人"的新概念機器人。循名責實,多少機器人設計理念源于多少學。使用機器科學制作三角形、四邊形、四面體、立方體等物理實體,用電念頭驅動并以計算機開展自動控制,使這一些實體外形可變更且可在空中遙控或自立轉動、步行或匍匐,成為"平面多少圖形機器人"或"立體多少圖形機器人"。
以轉動三角形機械人為例,將三角形的極點開展鉸接(兩條邊在鉸接點處能夠遷移轉變),各邊接納電動推桿作為動力。根據調劑電動推桿的長度,使機械人的重心發作變化,當重心超越底邊的支持地區時,機械人發作傾倒。反復這個歷程,轉動三角形機械人即能夠實現直線挪動。如在三角形機械人下方安裝兩只"足",那末它就能夠實現步行了。
六邊形機器人一樣取幾何學中的六邊形雷同,正在每一個極點處設置遷移轉變搭鈕,使它得到變形本領。從中不難發覺,隨著邊數的增長,機器人的變形本領還正在逐步加強。六邊形機器人可變形為:三角形、四邊形、五邊形,乃至能夠模擬履帶的體式格局舉行轉動活動。
持續提升邊數,我們能夠獲得更加復雜多變的多邊形機器人,如摹擬六角或八角雪花外形的雪花型多邊形機器人等。以立體幾何中的空間多面體為底子,能夠結構多面體機器人,包孕四面體機器人、五面體機器人、六面體機器人,和削楞截角多面體機器人等。
別的,將折疊縮放技能取多少機器人融合,還可構造出各類外形能夠增大或變小的機器人。
"行走的雪花"
"我很觀賞塞尚,塞尚被稱為當代藝術之父。塞尚發起根據圓柱體、圓錐體、圓球體這一些多少形體來顯示自然,創始了立體主義藝術的學派。我盼望正在客觀冷清的機器人高新科技內里,融入藝術的情懷和思惟。"姚燕安向《財經國度周刊》記者展現了他們研討制作的一款雪花型機器人。他以為,一片"自在行走的雪花",異常巧妙和浪漫。
"雪花機器人"源于"雪花機構",即出現雪花外形的連桿機構,其根本構型呈六角形,還可通過轉變邊角數目的體式格局創造出八角、十角、十二角等系列化的多角雪花機構。
以電動機給予動力,"連桿機構"即成為一部"連桿機械","多少機構"還即成為一部"多少機械"。正在多少機械的各連桿當中,需求選出一個桿作為固定的機架,稱為"機架桿",其他各桿均參照機架桿干相對運動。
如將"雪花機械"排除機架桿的束厄局促,團體置于空中,并以計算機開展挪動操縱,"雪花機械"即成為可挪動的"雪花機械人"。雪花機械人還具有另外一大亮點機械智能性:其一,傳統智能機械人如遇停滯,先由傳感器感應到停滯的方位,將信息傳遞給操縱器,再由操縱器下達相干的躲障下令。而雪花機械人能夠根據本身布局及力學特征感知停滯物的存在,實現主動躲障;其二,雪花機械人具有被動行走本領,即在未加裝機電的情況下,能夠沿緩坡主動行走,其步態文雅靈慧,極具美感。
以四個雪花機構替換傳統輪式機器人的車輪,便可得到變形輪機器人。變形輪機器人正在通例路面上以圓形輪快速挪動,正在阻礙路面上則增大輪徑舉行攀爬。倏忽轉變,越障如平地。
由"MSEA"到"MSEAP"
迄今,姚燕安團隊已開收回百余種已批量生產的具有原創理念和完整自主知識產權的多少機器人產物,取得了40余項發明專利受權。
姚燕安以為,多少機器人以多少、運動學和力學常識為根蒂根基,并交融了電子和計算機軟件技術,取青少年兒童的常識結構無縫連接,為科教行業供應了將數學取高新科技奇妙聯絡的"絕佳載體"。
"我們還開發了基于視頻手勢辨認手藝的多少機器人,人們能夠根據手勢節制機器人的舉措,使多個機器人排列成不一樣的隊形。這類人機合作扮演的方法,明顯加了互動文娛(300043,股吧)性,加了門生進修的愛好。與此同時,連系青少年兒童的知識結構,開收回一批'多少故事'扮演劇目,包羅如'會走路的三角形'、'翻跟頭的四面體'等故事情節,加了文化內在。"姚燕安報告記者。
姚燕安以為,青少年兒童高新科技教誨不該簡樸順從數理化等主課的傳統講授形式,而應激勵實驗引入高校的高新科技教誨形式,勇敢采取前沿的高新科技成果,讓門生進入到高新科技立異的"高層次"和"當前時",而不但停留在簡樸模擬的"低層次"和"過去時"。
姚燕安的多少機器人課程,現階段已應用于中國人民大學附屬中學、北京師范大學第二附屬中學、北方交通大學附屬小學等中小學,和西城區青少年兒童高新科技館、東城區青少年兒童高新科技館等校外高新科技教誨機構。
現階段,姚燕安正斟酌將自身提出的"MSEA"教誨理念拓展為"MSEAP"理念,加了一個"P",即哲學(Philosophy)。他以為,需求思索多少機器人內蘊的更深條理的哲學。
科學是發覺宇宙間所存在的客觀真理,數學這不是實在存在,反而是數學家腦筋中所建構的假造邏輯,工程是利用數學和科學道理來締造為人類所用的安裝、機械或體系,藝術為藝術家所締造,人為自然界進化而來,機械人為人所締造。至于多少機械人,哪里來,何方往,何所用?
"這是哲學。"姚燕安說。