现在提到仿真机器人,都会不由联想好莱坞大片的由真人改造或是由基因改造的复制的克隆人。西方世界会在核糖核酸、DNA蛋白质改造方面制造仿人类。这些“人类”会身披战甲,做出超人类特异功能。如蜘蛛侠钢铁侠超人之类。其实在我们看来完全是不可思议的科幻神话,有些根本不可能实现的。其实达到这类可能离现实相距甚远,但是如果换个思路也不是不可能办到的。
什么事儿想到底,如果绞尽脑汁也想不到办法,索性就想开了想穿了换一条思路干脆就人工合成,做一个仿真机器人。并非制造日本偶人式的仿真人,而是按照人体解刨学机理制造出一个能活动的骷髅人。再加上蒙皮肌肉脂肪组织。因为这些对于仿真机器人行动都是必须的。换句话说,人类在上万年从猿到人的进化过程中,所有的人体组织结构都是向使用功能不断进化而成的。逐渐淘汰了一些不适于行动的器官。
如果我们打算设计一具骷髅机器人,打算像科幻影片《加勒比海盗》那样能行动甚至战斗的机器人,首先得采用提线木偶方式,使骷髅身体的每个关节都能牵动,并且都和在大脑意识的指挥下相互协调配合,且有节奏感的行动起来。这在动漫设计中轻而易举的事。现实中以骨骼为框架有血有肉仿真人还需要在骷髅上有脂肪外围有肌肉纤维而且有筋和筋膜经络系统。这是一个以骷髅组织为架构的仿真人复活的前提条件。这需要由大脑发布传递给骷髅不同的部位各个组织节点不同的指挥决策信号。如果是半机械人或者是给致残患者安装假肢,需要采集本人的神经上极其微弱的生物电信号、并破解其不同的神经密码。并从交叉重叠的神经中找到所需的哪根神经。而人工骷髅仿真人则是人工设计的。大脑的神经组织都是由各个系统按照分层次上下左右分支连贯下来的,因此条理非常清晰。大脑集成电路可以汇集上条线路,各个骨骼节点代码还不是人工编辑的。因此骷髅每块骨头传感指挥系统都可以调动。而且每个人的骨骼都具镜像分布(左右两个相同的部位)。其他就是头部和髋、胯、头部和脊椎骨系统。这一切对于仿真人的骨骼系统动作非常重要。这是人类进化所自然生成的。否则行动就会扭曲失调。
其次是蒙皮和充填部分。作为仿真人蒙皮也是设计中的关键。我们的骷髅机器人应该按普通需要和特需、专用需要设计蒙皮材料。这类蒙皮材料需要根据不同需要汗毛孔(毛孔)分细密、中细密和粗大毛孔三类,设计膨胀系数。蒙皮纤维组织需要一定膨胀系数。干细活的膨胀系数要小,粗活膨胀系数要大。只有这样才可以是伺服仿真人动作幅度或轻柔或笨重有爆发力。充填材料则需要有细腻的纤维或横向或纵向或斜向。而且其中可以有空气或是液体空间。有些发泡塑料也是可以的。因为具备这些是为了下一步的机械动能提供存储和释放收缩条件。薄膜层属于脂肪层。它应该是包裹在气管或液体输液管系统。应该由带粘塑胶性物包裹。这样一旦破裂周围粘液塑胶可以弥补使之不漏气漏液体。而且会起到隔离保护作用。
第三步是贯穿全身的连接系统。需要各个充填组织部位既是孤立的又是贯通的。而且可以局部贯通也可以全身贯通。这会为各个关节组织的动作提供可控操纵。
其第四步:是传感系统。这包括由大脑智能司令部输出的神经网络和反馈的输入网络,以供神经指挥部调动各个部位以及传感其动作效果——视距视觉、听觉、嗅觉、触觉以及力度等等。分别储存于参考资料系统,以及参照以存储对象比对,提供大脑作为判断决策做套路程式化选择依据。并存储下来作为深度学习的资料储备。
第五步是仿真人的主动力系统。位于骷髅的胸腔。它由一个可以与全身空气或液体系统相连的仓室构成。内有一个循环压力泵和小型发电机组。当人体循环泵通过发电机组时
产生的电流转换成机械能动力和压力,提供给传感器机械动力部分和气压或液压部分。而另有一个储能电池以备储存过剩电力调节电压电流的电容器等。当骷髅仿真人接到指令行动时,各骨骼部分就会按部就班的处于运动或待命状态。传感器会使骨骼在下意识本能(程序下)做出动作。而设定程序使之连贯起来,形成习惯性动作连续动作程序。而反馈系统会根据感知系统提供信息由大脑进行调节或终止。
第六步:整合气动和液体驱动的控制系统,当然也有电磁系统。气动液压控制主要靠逆止阀和排气阀控制。它由主气缸和分汽缸组成。当常规循环时一切畅通,而当工作需要,则采用关闭除工作外的分汽缸以便将气压集中于工作部分。而工作部分只进不出形成一定气压,使需要部位强大无比。传感器所做的是给与指令。而各个部位的协调、如站立、步行、动作都是在设定程序中,程序指令无需特殊准备。具体动作属于任务指令。具体幅度在于对方反馈决策。
其实所有这些都是基于现代科学技术基本原理。如心脏起搏器原理、鱼眼监控器三围立体视觉系统、味觉气体监控器以及耳蜗助听器。这些都是可以由视频和音频转化成电讯号汇总与信息反馈中,提供参谋部分以供幕后决策人类之用。
以上的设计原理来自于我国的中医理论以及气功武术理论原理。这在实践中有可能是武侠小说的夸张,有专门的滴水穿石常年累月训练而成,但其原理可以在人工设计中产生。所谓“内练一口气,外练筋骨皮”。这一口气就是气动系统,而筋骨皮即内部的筋脉操纵传感系统和神经传感系统,皮即是可以收缩可以膨胀的气压或液压系统。当然,在肢体甚至头部还需要某部位建立瘿络系统。及储备气体或液体的组织。如肩臂肘部位单独的储备疙瘩。这样在机器人激烈运动时,压缩空气或液体被挤压到系统中以强迫产生气压水压以达到压缩膨胀到工具末端坚硬强烈有力目的。
其实练武之人的奥秘并没有过深的理论。当一个气功师傅在运气行气时,他是用体内的负压将吸入的气体压缩进胸腔腹腔,再用局部机械运动将全身气体压缩到某一运力点,使之压缩气体集中于此就此压缩膨胀。此时所有的密闭通道都是有进无出状态。这样他的拳脚周身运动会比平常人强有力或具备抗击打能力。而筋骨的训练支撑力反应能力在于长期周而复始的训练中。他的连续击打或是攻防或是跳跃技巧动作应该属于机械运动。不属于大脑思考过程。而对于仿真机器人来说这些都可以由预定程序完成,它是有规律少变化的。
其次是有机连接。即骨骼部分由内部一整条筋脉串联起来,构成不断裂的整体,起主导躯体伸展行动部分,转向前行后退起卧站立脊椎头部转动。它有所限度,可以采用有弹性的刚性伸展性。以及可控硅的行程卡位。就像影视动作片的头颈骨骼转动声响。
轴部转动。可以用软骨垫和转向轴连接。骨头之间可以采用凸槽凹槽连接、也可以采用曲轴是连接、采用轮轴式连接。总之,我国在木工技艺中非机械性连接有很多种,在骨头和骨头之间还有外蒙皮和内充材料作为限定材料,以控制机械动作不可以过度,只能压缩舒展。另外控制皮肤下的液压气压量也是控制仿真机器人的强硬温柔程度的掌控方式。而这些气动或是液压控制传感或聚集的爆发力运动是由电子芯片和集成电路调节器(微调)构成。当然,如果置办这样一大批传感器、驱动器、转向器电子元器件,应该是一大笔庞大的资金。而且细节处还必须精细化安排。这些都需要下一步的研发——半导体材料和微电子芯片。这些都属于欧美日韩禁止进口制裁范围。下一篇我提出一条中国式解决思路,用原始基础理论来解析所谓“封锁禁运”高新科技的底牌。
——未完待续
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