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              蘇學成:機器人鳥是怎么飛起來的?

              發布時間:2018-10-16  點擊:


              講講機器人鳥。噴漿機器人研發有自己的創新,但參考了國外的,屬于科技進步。真正屬于發明的,就是機器人鳥;真正原創性的,也是機器人鳥。

              機器人鳥是在機器人鼠研究成功后,我們發現它有一些重要缺點而提出新想法導致的結果,其控制原理完全不一樣。

              國外機器人鼠的原理有兩個基本點,其一就像馴獸一樣,馴虎的、馴海豹的,完成了指定動作,我給你一個肉團、一條魚,完不成不給,稱之為“獎賞”原理。當然,這里獎賞是“虛擬”的:不是真給了食物,而是用微電流(數十微安級)刺激能令其興奮或高興的腦區,令其感到興奮或高興而跑動。

              其二是微電刺激與胡須感覺相應腦區,讓其誤以為碰到障礙物了而拐彎:它的胡須非常敏感,當刺激與左邊胡須對應的腦區時,它就感到左邊碰到障礙物,會往右拐;反之,它就往左拐。國外這個原理有個問題,動物不一定聽你招呼,比如它吃飽了或者它不高興了,它就有了“虛擬”感覺也會無動于衷;特別是如果動物若沒有胡須呢。所以這個原理不可靠、有局限性,并且還需要長期的訓練,直到形成條件反射。此外老鼠很膽小,我們實驗的時候發現,大家都不能說話,一說話它就嚇得不敢動了;再者,它運動太慢,實用性差。

              為克服機器人鼠的缺點,課題組想到了鳥。用什么鳥呢?最后選定了鴿子,它飛得快,更重要的是它認家,飛出去還會回來,可以反復使用,所以自古就有信鴿。一開始我們按照控制老鼠的辦法,考慮到鴿子沒胡須,根據神經學,按照機器人鼠的原理,在鴿腦中找了很多與老鼠胡須功能近似的腦區,經過無數次的嘗試和反復實驗,都不行。總之,用上述控制機器人鼠的方法無法控制鴿子。

              事情往往有兩面性。已有的控制原理不行了,它就逼著我們另找出路。費了很大勁,反復實驗了幾個月,也未找到符合獎賞原理的腦區,幾乎就要放棄了,后來突然想到訓練戰馬和耕牛的原理:恐嚇加鞭打——動物學上叫“主動逃避”原理。鳥受到驚嚇會“主動逃避”——飛走,當被打時就會因疼痛而躲避。但難點是,如何使鴿子按我們期望的路徑飛行,即不僅要鳥飛,而且還要按我們期望的方向飛。實驗發現,當微電刺激恐懼相關的腦區時,鳥肯定會飛走,但該腦區卻不能控制飛行方向,就像人看到蛇會逃避,但向哪里逃,卻因人、因地而異。為控制方向,想到了用“鞭打”使其感到疼痛,于是想到主管痛覺的腦區:刺激左腦的痛覺區,它就會因右側軀體“痛”而向左逃避;反之,則向右逃避。同樣,這種恐懼和痛都是“虛擬”的,即它既未看到恐怖的景象(例如并未看到蛇),軀體也未受打擊,僅是由于微電刺激腦區造成了“虛擬”的恐懼和痛覺感受。據此,若將微電刺激恰當地用于刺激主管恐懼和痛覺的二個腦區,就可實現控制鳥向前飛、并能根據需要改變飛行方向。根據這種原理,經反復摸索與實驗,最終按照“主動逃避原理”實現了對鴿子運動行為的控制。

              該成果在國內外產生了廣泛影響。國內的、國外(美歐日俄)的各種媒體都有普遍報道。學校、省里都很認可、支持,國家基金委和863專家組也都非常重視。

              我們提出的“主動逃避”原理和控制鳥類飛行路徑的方法有三個突出優點:一是與動物的生理特點無關,既適用于鳥類也適用于哺乳類及其他種類的動物,所以具有普適性。例如它不論動物有無胡須/翅膀它都適用,與國外已有原理相比,這是一大突破;二是它具有強制性,因而可靠性高;三是基本無須訓練。

              這一成果,獲得了山東省科技發明一等獎。

              但對于該項目,我最大的遺憾是,直至我退休之時也未能實現實用化。要達到實用化,根據用戶要求能控制鴿子飛行3~5公里,而我們只能做到幾百米,即視距以內。這主要是因為,看得見的時候可以控制;看不見的情況下,如何控制鴿子飛行的辦法還未很好解決。

              我們研發的目標是要研發出實用化的機器人鴿。但是在我退休時只是讓機器人鴿飛起來了,一般能可控飛行幾百米;沒能達到用戶要求的3~5公里,這是我最大的遺憾。不過,我的年輕的同事們正在做著艱苦的努力,為飛到3~5公里或更遠目標奮斗著。

              我預祝他們成功!

              (注:蘇學成,著名機器人專家,國家科技進步二等獎獲得者,現已退休。)


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