機器人的“五官”
發(fā)布人：管理員 發(fā)布時間：發(fā)布時間：2006-06-05對于機器人來說，"五官"是必不可少的，否則一個又聾又啞的機器人，還談什么"人工智能"呢？科學(xué)家成功地研制出了"電五官"，就是各種傳感器--能將外界各種刺激變成電信號的元件。在精密電腦的控制下，機器人才能上天入地，鉆到海底，發(fā)揮極大的作用。 | ||
| 機器人的“眼睛” --光電傳感器 科學(xué)家要給機器人裝上眼睛，首先要找到一些對光有感覺的材料，比如金屬銣和銫，在光線照射下會產(chǎn)生電流，硫化鉛在光的照射下導(dǎo)電能力會增加..利用它們制成“光電轉(zhuǎn)換器”，再與電腦結(jié)合就形成了奇妙的電子眼。 在機器人的大眼球里裝入微型攝像機，使外部景物源源不斷反映到眼中，光電轉(zhuǎn)換器相當(dāng)于視網(wǎng)膜，對不同強度的光線產(chǎn)生相應(yīng)的反映，這些電信號傳入電腦，加以判斷、識別，機器人就可以看見外界景物了。 “電子眼”不但能看到可見光， | 還可以看見紅外 線、紫外線，將它裝入飛 機或衛(wèi)星上，能夠日夜連 續(xù)監(jiān)視地面情報，甚至地 下隱藏的情報，在農(nóng)業(yè)、 氣象、環(huán)保、城市管理、 軍事上有特殊的用途． 我國“神舟”五號載人 航天成功后，接著啟動“嫦 娥工程”。首先登上月球的 是機器人，頭部裝有先進(jìn) 的“電子眼”，在一排4個探 照燈的照明下，利用一臺 三維立體攝象機將月面景 物傳回地面控制中心。 幾十年來，人類不斷 發(fā)射火星探測器。這次的 “勇氣”號火星探測器，長 1.6米、寬2.3米、高1.5米， 重174千克。它有自己的眼 睛--是一對可拍攝火星表 面彩色照片的全景照相 | 機，距火星車底部高度約 為1.4米，高度與人眼高度 差不多。有了它們，“勇氣” 號能像站在火星表面的人 一樣環(huán)視四周。 機器人的“耳朵” --壓力傳感器 人的耳朵為什么能聽 到聲音? 原來聲音是一種 振動波，傳到耳中引起耳 膜的相應(yīng)振動，再傳到大 腦，就可以感知聲音了。 科學(xué)家根據(jù)人耳聽聲的原 理，研制成了“電子耳”。 研究人員發(fā)現(xiàn)了可用 于制造電子耳的新材料， 如天然材料石英、磷酸二 氫鉀等，當(dāng)它們受到壓力 時會產(chǎn)生電壓，仿佛成了 一個小電池，壓力不同產(chǎn) 生的電壓高低不同，這種 現(xiàn)象叫“壓電效應(yīng)”。后來 |
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| 人工制成的一些材料，如鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈮酸鋇鈉等，都有“壓電特性”，而且更為靈敏，更為顯著，用手指輕輕敲一下這材料，兩端竟可產(chǎn)生100伏的電壓呢。利用這些材料制成壓力傳感器，與電腦結(jié)合就成了奇妙的電子耳。當(dāng)聲波傳來時，由于振動會引起壓力的不同，電子耳會將振動信號變成相應(yīng)的電信號，傳入電腦，就可使機器人感到外界的聲音了，還能聽到人耳聽不到的超聲波呢！ 機器人有了聽覺，用途很多。有一種用于探測糧食倉庫害蟲的電子耳，非常靈敏，當(dāng)每2千克糧食里有1只害蟲在悄悄爬動時，電子耳就能聽到它的聲音，并發(fā)出警報！在工業(yè)上可以連續(xù)測量氣體和液體的壓力、流量和形變等。有了聽覺的機器人，就可以按照口頭指令去執(zhí)行任務(wù)，日本有一個智能機器人名叫“華鮑脫”，能聽懂25條口令呢，這在高級辦公室和護(hù)理病人時很有用。 還有一種精密的電子耳，不但能聽懂口令，甚至能分辨出是誰在講話！原來每個人說話的聲音各不相同，正如每個人的指紋不同一樣，使用這種能識別“聲紋”的電子耳，制成“聲紋電子鎖”，當(dāng)主人對這鎖頭說一句預(yù)定的話，鎖馬上自動打開，如果換一個人也說同樣的話，鎖頭卻 | 無動于衷。有了這種鎖，保險柜就更保險了。 機器人的“鼻子” --氣體傳感器 人類能聞到各種氣味是鼻子的功勞。經(jīng)過特殊訓(xùn)練的鼻子可以分辨出幾千種不同的氣味呢，甚至幾種混合的氣體也能分辨出來。但是人類的鼻子有幾個弱點：一是久聞會疲勞，原來各種香料揮發(fā)出的分子具有麻醉作用，“久聞”就會使嗅覺神經(jīng)麻痹，不靈了！第二是人一旦傷風(fēng)感冒，鼻子就會閉塞，什么也聞不出來了！第三是有些氣味人的鼻子根本就聞不到！ 要制造“電子鼻”，必須找到這樣的材料：第一要能“呼吸”氣體；第二又能隨著呼吸氣體類型的不同而改變自己的導(dǎo)電能力。人們找到了這種奇妙的金屬，像二氧化錫、氧化鋅、氧化鈦等，能將這些復(fù)雜的、細(xì)微的變化記錄到電腦中，利用它們便制成了氣體傳感器--“電子鼻”。 傳統(tǒng)的“電子鼻”體積比較大，加上電源，使用起來不方便，而且需要經(jīng)常加以校正，否則靈敏度會受到影響。最近，科學(xué)家又研制出微型“電子鼻”，這是運用最新的納米技術(shù)，制成可以呼吸氣味的導(dǎo)電聚合物，這種復(fù)雜的聚合物構(gòu)成的微型芯片，大小只有1平方厘米，僅需微量 | 電流即可工作， 能夠輕便地拿在手中，使用起來非常方便。電子鼻能分辨氣體的種類和濃度，有時比人鼻還靈敏，而且，有的氣體比如一氧化碳(俗稱煤氣)，人的鼻子是聞不到的，而電子鼻卻能感覺到。 有一種精密的電子鼻，其本領(lǐng)超過了獵犬和警犬，它能分辨出幾百萬種不同氣味，成為人類的好助手，可以幫助獵人打野獸，也可以幫助公安人員搜捕壞蛋和搜查毒品。在軍事上可以用來搜尋地雷等爆炸物。 利用電子鼻聞到有機氣味，還可以揭開火星是否有原始生命的秘密！最近，人類發(fā)射宇宙飛船，前去拜訪遙遠(yuǎn)的火星，探測器上就裝有先進(jìn)的精密電子鼻！在火星表面上，人類的使者--“電子鼻”四處聞來聞去，將火星上各處的“氣味”變成電信號。一旦聞到甲烷有機氣味，就會將信號發(fā)回地球，那意義非常巨大，可以揭開火星是否有生命的秘密?。?br/> 機器人的“舌頭” --味覺傳感器 要使機器人具有味覺感官，這可是一個難題。因為味覺最復(fù)雜，要把千變?nèi)f化的味道轉(zhuǎn)變成電信號，再由電腦去判斷識別，相當(dāng)不易！ 這也是“電五官”最后一個被攻克的課題。 日本科學(xué)家研制成功了味 |
 | 糖果，還有一些小食品。研究人員表示，他們開發(fā)的味覺虛擬器，可以幫助味覺較差的老年人享受美食，設(shè)計人員也可利用它制作更多美味以及更適合老年人口感的食品。 當(dāng)然，這項“味覺傳感器”科研課題還在深入進(jìn)行之中．如果最后完全成功，那么，可以隨時檢測家中各種食品的味道和鮮度。 | |
| 覺傳感器，這是一種名叫DOPH的合成脂質(zhì)薄膜,能辨別咸味、甜味、酸味和苦味，再與微型電腦相結(jié)合，就成為電子舌。在做菜時，將一個探測器伸進(jìn)菜中和湯中，便可馬上顯示出咸淡程度、酸度數(shù)值以及糖分含量，很有實用價值。 在釀酒行業(yè)中，品酒鑒定是一項重要工作，往往要由權(quán)威評酒師來品評，相當(dāng)復(fù)雜，有時會攙雜一些人為主觀因素?，F(xiàn)在科學(xué)家設(shè)計了一種電子舌，利用這種電子舌裝置參與評酒工作，十分客觀，取得了很好的效果。 還有一種號稱“品味能手”的電子舌，這是一種多孔高分子膜，由經(jīng)過特殊處理的蛋白質(zhì)構(gòu)成，有四種生物化學(xué)味覺傳感器，它可以品嘗鑒定酸、甜、苦、辣、咸及特殊味道，包括酒、咖啡、茶、飲料，可以品嘗出是哪個廠家出品的，出廠時間及新鮮程度，據(jù)說甚至連礦泉水的真?zhèn)味伎梢员鎰e出來。 日本研制出的高靈敏度味道傳感 | 器，對各種味道的識別能力不亞于人的舌頭，有望完全代替人工來識別食品味道。這種傳感器在8毫米見方的基板的相鄰兩邊,各開兩個直徑為0.8毫米的半圓形缺口，缺口處裝有多層錫等金屬的氧化物和氮化硅等化合物制成的薄膜。產(chǎn)生味道的各種化學(xué)物質(zhì)接觸到薄膜后，會使流經(jīng)傳感器的電流產(chǎn)生不同變化，分析電流的這些變化即可識別味道。即使使用多次，識別能力也保持不變。有時品味過程中還需要與電子鼻聯(lián)合協(xié)作，這樣會更加準(zhǔn)確。 有趣的是，科學(xué)家首次研制出針對味覺的虛擬裝置--味覺虛擬器。它可以真實地模擬食物在口中咀嚼時的味道和口感。首先通過實驗測量不同食物被咀嚼時的各種相關(guān)的重要參數(shù)，而由油脂和聚合體薄膜制成的生物傳感器負(fù)責(zé)記錄決定食物味道的化學(xué)要素，頜骨咀嚼時產(chǎn)生的振動則由一個麥克風(fēng)來記錄。 研究小組已經(jīng)成功地模擬了多種食物的味道，其中包括干酪、餅干、 | 機器人的“皮膚” --溫度傳感器和“觸感器” 人類的觸覺也十分復(fù)雜，可通過皮膚感知外界各種變化?，F(xiàn)在有人把皮膚感覺稱為“膚覺”，分為痛癢、干濕、冷熱、觸摸（軟硬）四種基本感覺。每種感覺各在皮膚上占有不同的點。這些點的分布是不均勻的。在身體上不同的部位，各種感覺點的分布也各不相同。 現(xiàn)代機器人的“皮膚”主要有兩方面的感覺：冷熱和軟硬。首先“皮膚”能感知外界的冷熱，科學(xué)家研制成功熱敏電阻，就是利用一種本身電阻值隨溫度變化而變化的材料制成的（大多數(shù)是由半導(dǎo)體材料制成），可以將外界的冷熱變化輸入電腦，使機器人有了冷熱感覺。 這種溫度傳感器作用很大，比如在糧食倉庫、果品倉庫裝上它，可以在溫度升高或降低時及時報警，防止糧食果品發(fā)霉或受凍。將溫度傳感器和冷源、熱源結(jié)合，就成了“恒溫箱”，在空調(diào)器、電冰箱、電飯煲中 |
| 就可使用它。 人的皮膚還有能感知軟硬的觸覺，有的高級機器人裝上了“觸感器”，可感知物體的形狀和軟硬。它由三層組成，中間一層尼龍網(wǎng)不導(dǎo)電，底層是密密麻麻的觸點，與電腦相連，頂層是有彈性的導(dǎo)電橡膠，內(nèi)外兩層只有在壓力作用下才能接觸，并由相應(yīng)的觸點向電腦發(fā)出電信號,轉(zhuǎn)換成完整的物體形狀。另外，外界壓力大?。ㄜ浻玻┎煌?，觸點發(fā)出的電信號強度也不同，因此機器人可以感知物體的軟硬粗細(xì)程度，從而發(fā)出相應(yīng)的指令。這就是有的機器人能夠拿 | 雞蛋、摘水果、擠牛奶的原因。 有趣的是，科學(xué)家還研制出一種神奇的“觸覺墊”，能夠在不接觸物體的情況下，將需要觸摸檢查的部分，在“觸覺顯示器”上顯示出來。這種“觸摸顯示器”借助特殊傳感器，通過一種超聲波“觸摸”受檢查物體的硬度及質(zhì)感，然后將獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過電腦處理后再傳送給“觸覺墊”。觸覺墊中有數(shù)千個微小的液囊，囊中的液體在受到電刺激時會改變硬度。 檢查人員根據(jù)“觸摸墊”，就可以感覺到物體的軟硬程度和粗細(xì)質(zhì)感 | ，從而獲 得準(zhǔn)確的“觸覺”。它可以使醫(yī)生對遠(yuǎn)在千里之外的患者進(jìn)行體檢，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮作用; 也可以在食品工業(yè)中，對于遠(yuǎn)方的農(nóng)場或倉庫中的肉類、水果進(jìn)行實物“觸摸”，用來檢查產(chǎn)品質(zhì)量。 在當(dāng)前的新技術(shù)革命浪潮中，傳感技術(shù)更令人矚目，一些先進(jìn)國家將其列入新世紀(jì)十大重要技術(shù)之中。我國也多次舉行規(guī)模盛大的學(xué)術(shù)會議，并展出了1500 余種展品，充分顯示了我國傳感技術(shù)的成果和潛力。隨著時代的發(fā)展，先進(jìn)的傳感技術(shù)將會更加完善，成為人類的好助手！ |
