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精彩生物

机器人的“五官”

发布人:管理员 发布时间:发布时间:2006-06-05

    对于机器人来说,"五官"是必不可少的,否则一个又聋又哑的机器人,还谈什么"人工智能"呢?科学家成功地研制出了"电五官",就是各种传感器--能将外界各种刺激变成电信号的元件。在精密电脑的控制下,机器人才能上天入地,钻到海底,发挥极大的作用。

 
    机器人的“眼睛”
        --光电传感器

    科学家要给机器人装上眼睛,首先要找到一些对光有感觉的材料,比如金属铷和铯,在光线照射下会产生电流,硫化铅在光的照射下导电能力会增加..利用它们制成“光电转换器”,再与电脑结合就形成了奇妙的电子眼。
    在机器人的大眼球里装入微型摄像机,使外部景物源源不断反映到眼中,光电转换器相当于视网膜,对不同强度的光线产生相应的反映,这些电信号传入电脑,加以判断、识别,机器人就可以看见外界景物了。
    “电子眼”不但能看到可见光,
 还可以看见红外  线、紫外线,将它装入飞 机或卫星上,能够日夜连 续监视地面情报,甚至地 下隐藏的情报,在农业、 气象、环保、城市管理、 军事上有特殊的用途. 我国“神舟”五号载人 航天成功后,接着启动“嫦 娥工程”。首先登上月球的 是机器人,头部装有先进 的“电子眼”,在一排4个探 照灯的照明下,利用一台 三维立体摄象机将月面景 物传回地面控制中心。 几十年来,人类不断 发射火星探测器。这次的 “勇气”号火星探测器,长 1.6米、宽2.3米、高1.5米, 重174千克。它有自己的眼 睛--是一对可拍摄火星表 面彩色照片的全景照相机,距火星车底部高度约 为1.4米,高度与人眼高度 差不多。有了它们,“勇气” 号能像站在火星表面的人 一样环视四周。 机器人的“耳朵” --压力传感器 人的耳朵为什么能听 到声音? 原来声音是一种 振动波,传到耳中引起耳 膜的相应振动,再传到大 脑,就可以感知声音了。 科学家根据人耳听声的原 理,研制成了“电子耳”。 研究人员发现了可用 于制造电子耳的新材料, 如天然材料石英、磷酸二 氢钾等,当它们受到压力 时会产生电压,仿佛成了 一个小电池,压力不同产 生的电压高低不同,这种 现象叫“压电效应”。后来
\
人工制成的一些材料,如钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、铌酸钡钠等,都有“压电特性”,而且更为灵敏,更为显著,用手指轻轻敲一下这材料,两端竟可产生100伏的电压呢。利用这些材料制成压力传感器,与电脑结合就成了奇妙的电子耳。当声波传来时,由于振动会引起压力的不同,电子耳会将振动信号变成相应的电信号,传入电脑,就可使机器人感到外界的声音了,还能听到人耳听不到的超声波呢!
    机器人有了听觉,用途很多。有一种用于探测粮食仓库害虫的电子耳,非常灵敏,当每2千克粮食里有1只害虫在悄悄爬动时,电子耳就能听到它的声音,并发出警报!在工业上可以连续测量气体和液体的压力、流量和形变等。有了听觉的机器人,就可以按照口头指令去执行任务,日本有一个智能机器人名叫“华鲍脱”,能听懂25条口令呢,这在高级办公室和护理病人时很有用。
    还有一种精密的电子耳,不但能听懂口令,甚至能分辨出是谁在讲话!原来每个人说话的声音各不相同,正如每个人的指纹不同一样,使用这种能识别“声纹”的电子耳,制成“声纹电子锁”,当主人对这锁头说一句预定的话,锁马上自动打开,如果换一个人也说同样的话,锁头却
无动于衷。有了这种锁,保险柜就更保险了。
    机器人的“鼻子”
        --气体传感器

    人类能闻到各种气味是鼻子的功劳。经过特殊训练的鼻子可以分辨出几千种不同的气味呢,甚至几种混合的气体也能分辨出来。但是人类的鼻子有几个弱点:一是久闻会疲劳,原来各种香料挥发出的分子具有麻醉作用,“久闻”就会使嗅觉神经麻痹,不灵了!第二是人一旦伤风感冒,鼻子就会闭塞,什么也闻不出来了!第三是有些气味人的鼻子根本就闻不到!
    要制造“电子鼻”,必须找到这样的材料:第一要能“呼吸”气体;第二又能随着呼吸气体类型的不同而改变自己的导电能力。人们找到了这种奇妙的金属,像二氧化锡、氧化锌、氧化钛等,能将这些复杂的、细微的变化记录到电脑中,利用它们便制成了气体传感器--“电子鼻”。
    传统的“电子鼻”体积比较大,加上电源,使用起来不方便,而且需要经常加以校正,否则灵敏度会受到影响。最近,科学家又研制出微型“电子鼻”,这是运用最新的纳米技术,制成可以呼吸气味的导电聚合物,这种复杂的聚合物构成的微型芯片,大小只有1平方厘米,仅需微量
电流即可工作, 能够轻便地拿在手中,使用起来非常方便。电子鼻能分辨气体的种类和浓度,有时比人鼻还灵敏,而且,有的气体比如一氧化碳(俗称煤气),人的鼻子是闻不到的,而电子鼻却能感觉到。
    有一种精密的电子鼻,其本领超过了猎犬和警犬,它能分辨出几百万种不同气味,成为人类的好助手,可以帮助猎人打野兽,也可以帮助公安人员搜捕坏蛋和搜查毒品。在军事上可以用来搜寻地雷等爆炸物。
    利用电子鼻闻到有机气味,还可以揭开火星是否有原始生命的秘密!最近,人类发射宇宙飞船,前去拜访遥远的火星,探测器上就装有先进的精密电子鼻!在火星表面上,人类的使者--“电子鼻”四处闻来闻去,将火星上各处的“气味”变成电信号。一旦闻到甲烷有机气味,就会将信号发回地球,那意义非常巨大,可以揭开火星是否有生命的秘密啊!
    机器人的“舌头”
        --味觉传感器

    要使机器人具有味觉感官,这可是一个难题。因为味觉最复杂,要把千变万化的味道转变成电信号,再由电脑去判断识别,相当不易! 这也是“电五官”最后一个被攻克的课题。
    日本科学家研制成功了味

\糖果,还有一些小食品。研究人员表示,他们开发的味觉虚拟器,可以帮助味觉较差的老年人享受美食,设计人员也可利用它制作更多美味以及更适合老年人口感的食品。
    当然,这项“味觉传感器”科研课题还在深入进行之中.如果最后完全成功,那么,可以随时检测家中各种食品的味道和鲜度。
觉传感器,这是一种名叫DOPH的合成脂质薄膜,能辨别咸味、甜味、酸味和苦味,再与微型电脑相结合,就成为电子舌。在做菜时,将一个探测器伸进菜中和汤中,便可马上显示出咸淡程度、酸度数值以及糖分含量,很有实用价值。
    在酿酒行业中,品酒鉴定是一项重要工作,往往要由权威评酒师来品评,相当复杂,有时会搀杂一些人为主观因素。现在科学家设计了一种电子舌,利用这种电子舌装置参与评酒工作,十分客观,取得了很好的效果。
    还有一种号称“品味能手”的电子舌,这是一种多孔高分子膜,由经过特殊处理的蛋白质构成,有四种生物化学味觉传感器,它可以品尝鉴定酸、甜、苦、辣、咸及特殊味道,包括酒、咖啡、茶、饮料,可以品尝出是哪个厂家出品的,出厂时间及新鲜程度,据说甚至连矿泉水的真伪都可以辨别出来。
    日本研制出的高灵敏度味道传感
器,对各种味道的识别能力不亚于人的舌头,有望完全代替人工来识别食品味道。这种传感器在8毫米见方的基板的相邻两边,各开两个直径为0.8毫米的半圆形缺口,缺口处装有多层锡等金属的氧化物和氮化硅等化合物制成的薄膜。产生味道的各种化学物质接触到薄膜后,会使流经传感器的电流产生不同变化,分析电流的这些变化即可识别味道。即使使用多次,识别能力也保持不变。有时品味过程中还需要与电子鼻联合协作,这样会更加准确。
    有趣的是,科学家首次研制出针对味觉的虚拟装置--味觉虚拟器。它可以真实地模拟食物在口中咀嚼时的味道和口感。首先通过实验测量不同食物被咀嚼时的各种相关的重要参数,而由油脂和聚合体薄膜制成的生物传感器负责记录决定食物味道的化学要素,颌骨咀嚼时产生的振动则由一个麦克风来记录。
    研究小组已经成功地模拟了多种食物的味道,其中包括干酪、饼干、
    机器人的“皮肤”
      --温度传感器和“触感器”

    人类的触觉也十分复杂,可通过皮肤感知外界各种变化。现在有人把皮肤感觉称为“肤觉”,分为痛痒、干湿、冷热、触摸(软硬)四种基本感觉。每种感觉各在皮肤上占有不同的点。这些点的分布是不均匀的。在身体上不同的部位,各种感觉点的分布也各不相同。
    现代机器人的“皮肤”主要有两方面的感觉:冷热和软硬。首先“皮肤”能感知外界的冷热,科学家研制成功热敏电阻,就是利用一种本身电阻值随温度变化而变化的材料制成的(大多数是由半导体材料制成),可以将外界的冷热变化输入电脑,使机器人有了冷热感觉。
    这种温度传感器作用很大,比如在粮食仓库、果品仓库装上它,可以在温度升高或降低时及时报警,防止粮食果品发霉或受冻。将温度传感器和冷源、热源结合,就成了“恒温箱”,在空调器、电冰箱、电饭煲中

就可使用它。
    人的皮肤还有能感知软硬的触觉,有的高级机器人装上了“触感器”,可感知物体的形状和软硬。它由三层组成,中间一层尼龙网不导电,底层是密密麻麻的触点,与电脑相连,顶层是有弹性的导电橡胶,内外两层只有在压力作用下才能接触,并由相应的触点向电脑发出电信号,转换成完整的物体形状。另外,外界压力大小(软硬)不同,触点发出的电信号强度也不同,因此机器人可以感知物体的软硬粗细程度,从而发出相应的指令。这就是有的机器人能够拿
鸡蛋、摘水果、挤牛奶的原因。
    有趣的是,科学家还研制出一种神奇的“触觉垫”,能够在不接触物体的情况下,将需要触摸检查的部分,在“触觉显示器”上显示出来。这种“触摸显示器”借助特殊传感器,通过一种超声波“触摸”受检查物体的硬度及质感,然后将获得的数据经过电脑处理后再传送给“触觉垫”。触觉垫中有数千个微小的液囊,囊中的液体在受到电刺激时会改变硬度。
    检查人员根据“触摸垫”,就可以感觉到物体的软硬程度和粗细质感
,从而获 得准确的“触觉”。它可以使医生对远在千里之外的患者进行体检,在医学领域发挥作用; 也可以在食品工业中,对于远方的农场或仓库中的肉类、水果进行实物“触摸”,用来检查产品质量。
    在当前的新技术革命浪潮中,传感技术更令人瞩目,一些先进国家将其列入新世纪十大重要技术之中。我国也多次举行规模盛大的学术会议,并展出了1500 余种展品,充分显示了我国传感技术的成果和潜力。随着时代的发展,先进的传感技术将会更加完善,成为人类的好助手!

 

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