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“变形金刚”走进实践变胞理论让机器人学会变形技巧

怎么能让机器像变形金刚相同自若地在各种形状之间来回切换？英国皇家工程院院士、天津大学教授戴建生从人类进化和细胞分裂重组进程中取得创意，领衔完结的“组织演化与变胞机理发现及其几许形状变构理论与分岔调控机制”项目(以下简称变胞理论)，让机器组织变构有了理论系统支撑，也让机器变形变构规划减少了实践试错，变得愈加简单。近来，该项目在天津市科学技术奖中取得自然科学一等奖。

创意源自细胞分裂重组进程

就像人们一起做许多项作业会感到“手忙脚乱”相同，传统结构的机器往往也只能完结单一的作业，面临杂乱乃至需求改动自己结构形状才干完结的作业时往往就会无能为力了。

比方轮式机器人在野外作业时，面临陡峭的路面能够快速滚曩昔，但假如遇到台阶，轮式机器人就“无能为力”了。假如此刻车轮变构成轮腿式构型，机器人则能够轻松跨过障碍物。

2000年前，戴建生在规划与开发机器人主动包装生产线时就遇到了相同的难题。他发现，传统机械多指手手掌都是一整块钢板固定的结构，至多分为两块或三块。假如能仿照人手手掌结构，灵敏运动，机械多指手就能进行更多的操作了。所以通过规划改造，戴建生制作了能够自在活动的仿人灵敏手。遇到孔洞的时分，灵敏手能够仿照人手攥拳，伸到孔洞里，然后再扩展开进行各种操作。

在不同场景中，机械构型改动是有必要的也是千变万化的。而每次这些具有不同自在度的新构型都要从头进行规划，这就涉及到结构、轴、关节等诸多方面的技术参数的和谐一致。特别是杂乱构形的改动，涉及到的东西更多。因而每一次实践，就会阅历许多试错，糟蹋人力物力，导致功率低下。

“是否能够有一套理论，来支撑机器与机械依据实践需求‘变身重构’，‘动态演化’，灵敏地习惯改变的作业环境与功用需求？”团队成员、天津大学现代组织学与机器人学中心履行主任康荣杰教授解说戴建生的理论，就像蝴蝶从毛毛虫破茧成蝶这一进程背面蕴藏着精妙的生物演化机理相同，机器构型的规划归纳与演化剖析也需求一套立异的理论系统来辅导。戴建生于1998年提出该理论，并于1999年与我国工程院院士张启先一起命名该理论为变胞组织。戴建生在之后二十多年的深耕中，逐渐建立起一套完好的变胞理论。

让机器变构规划变得更简单

把创意付诸实践需求谨慎的科研，面临传统机器拓扑与活动度原封不动，难以满意多工况多需求的难题，项目团队在戴建生的带领下，通过20年深耕，在国家自然科学基金委项目的支持下，在国内数个院校许多学者一起帮忙下，团队建立了机器组织演化理论系统，展开了机器组织演化机理研讨，完结了许多原创且世界抢先的作业，创立了变胞组织和可重构组织新研讨范畴。

变胞理论创始了可重构组织与可重构机器人大范畴，变胞组织子范畴，初次提出了不同于传统规划且具有变活动度、变构态、变拓扑的变胞组织/可重构组织理念。

团队还创立了交融旋量理论、李群理论、微分流形三大理论的变胞理论系统，提醒了变胞组织/可重构组织的演化机理。“便是把数学东西融会贯通，找到实质相通的当地，构建一套来源实质的变胞组织/可重构组织立异与归纳规划系统。”戴建生解说说。

此外，团队还霸占了变胞组织与可重构机器人驱动挑选、变构调控等要害科学问题，建立了变胞组织/可重构组织的构态调控机制与操控战略。

“也便是说，有了变胞理论，在规划变形机器的时分，只需求依照需求束缚好各种条件，输入参数，依照变胞理论供给的‘公式’，就能够规划出轴、关节等怎么安置了。”康荣杰说。

使用变胞理论，团队开发了绝缘子劣化确诊与保护、输电线路巡检、断股补修等多款变胞电力机器人以及可变各种形状各种匍匐姿态的变胞足式机器人。

团队成员，机器人学国家重点实验室、沈阳主动化所研讨员王洪光介绍说，南边许多输电线路架设在崇山峻岭中，电路巡检主要靠人工，劳动强度大，危险性高。传统的巡检机器人在翻越线路杆塔的时分难以完结。使用变胞组织“一机多能、一机多用”的特色，提升了线路巡检机器人的行走与越障才能以及环境习惯性，从而提升了“输—变—配”电力设备的智能化运维水平。

此外，团队研制的变胞多指灵敏手使用于我国航天员科研练习中心特种防护服测验配备，服务于国家载人航天工程。他们研制的变胞灵敏手与变胞足式机器人项目被孵化成天津大然机器人和深圳大寰机器人两个学生兴办的高科技创业公司。一起，该理论辅导了数个国家自然科学基金委项目研讨与国家重点研制方案项目研讨，服务于国家严重需求。