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创客教育：青少年软体机器人制作的实践与探索

news 来源：原创 2024/5/19 13:27:44

作者：克里斯·阿特克森（Chris Atkeson）

卡内基梅隆大学机器人研究所和人机交互研究所教授

迪士尼电影《超能陆战队》“大白”之父

《自己动手制作软体机器人》这本书的一大愿景就是让每个人，尤其是每个年龄段的学生，都能搭建出属于自己的机器人。制作软体机器人要比制作金属材质的机器人简单得多，也便宜得多。你在厨房里就能找到很多可以制作软体机器人的工具，而制作软体机器人所需要掌握的技能也许和你做饭或者做衣服所需要的技能相差无几。像做饭或者做衣服那样来制作机器人是每个人都能做到的事情，而本书就能够让你亲手做出一个软体机器人。

水蛇玩具项目实验

创造未来

在接受中国的电视台采访时，我曾说过，我非常倡导 赋予每个人创造未来的能力，包括青少年和儿童。但人们通常很难理解我们应该如何让下一代创造属于他们的未来。他们认为，未来总是掌握在成年人手中。创造未来是创客运动的一大优势，而软体机器人技术正在成为这项运动中愈加重要的一部分，我为此感到兴奋。

当我出生的时候，苏联发射的人造卫星“伴侣号”（Sputnik）仅仅在轨运行了一年多，那时候的计算机仍然需要用到很多真空管，大到可以占用整个房间，而世界上第一台机器人Unimate刚刚诞生。小时候，我每天都想着能制作自己的小电器，而那时能找到的说明书通常都是制作收音机或者电动机的。所需要的原材料主要是制造麦克风用的碳粉和缠绕电磁铁或电感器用的电铃线。这对我来说简直像魔咒一样。你甚至必须拿到许可证才能真正使用你制作的收音机。我发现这非常令人沮丧，所以直到晶体管革命一开始，可以买到合适的电子元件，比如集成电路时，我才开始进入电子学以及之后的机器人学领域。

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在我上大学的时候，有关DNA技术的新闻整日占据着头条，于是我大学主修了生物化学。但当我发现所有的实验都难以成功时，我果断放弃了这个专业。由于缺乏必要的实践知识、技能和技巧，结果什么也做不好。这本书，以及书中生动翔实的制作技巧，比如怎样制作一个能用的模具，使我的能力得到了极大的提高。本书提供了大量关于软体机器人技术的知识。虽然很多东西我之前就已经做过，但书中的操作说明仍然让我觉得受益匪浅。

与柔软、有弹性和灵活的东西打交道是很有趣的，这也有助于你建立对软体工程的直观感受。软体工程和使用刚性材料的工程有很大区别。工业革命是通过可重复使用的材料和不断提高的零件加工精度促成的，这种方法的关键在于刚性材料，以及坚硬和笨重的机器能够精确地切割这些材料。在某种程度上，软体机器人技术也会涉及可重复使用的材料，这些材料可以精确地组装成相同的形状。但通过研究出如何使用便宜、可变的材料以及不那么贵重的机器来设计与控制机器人，我们已经向前迈出了一大步。

医护机器人大白的故事

让我来告诉你为什么我认为软体机器人是机器人领域的下一个转折点，以及迪士尼电影《超能陆战队》中软体充气医护机器人大白的故事。

在与金属制成的机器人打了20年交道后，我开始转向软体机器人。我知道我一直在研究的终结者式机器人对身边的人始终是个威胁。我不相信我们能完全消除事故的风险，例如机器人跌倒在宠物或者小孩的身上，而仅仅为了降低这一风险所需付出的代价是非常高的。计算机会崩溃，电子元件会失效，软件也会有漏洞，所以基于软件的安全性防护所能做到的极其有限。想象一下用推土机一样的机器人刷牙，刷完以后你的牙齿也就没有了吧！

机器人与宇航员握手

于是，我的理念变成了“减轻质量”。如果能制造出非常轻盈、柔软的机器人，那么它们的动量和能量（包括动能和势能）就会很小，造成的伤害也会更小。我开始思考一个问题：“我们怎样才能制造出轻盈、柔软的机器人？”最终，我想到我们可以制造出像动物气球一样的机器人。我也受到Zodiac橡皮艇的启发，橡皮艇总是非常结实耐用。虽然我们平时也可能会被充气的泳池玩具弄伤，但这毕竟很少发生。这个想法促使我的学生Siddharth Sanan开发出一种充气手臂。当一位迪士尼电影导演参观我们的实验室时，了解了这只手臂以及它所面向的个人医护领域的应用，于是，大白的灵感就由此产生了。后来，这部电影产生了巨大的影响。我希望这本书会产生更大的影响，激励着读者们创造出下一个大白。也许，你所制作的其中一个机器人就会出现在未来的电影中！

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