设计一个可驱动的机器人面部既复杂又耗时,但日本的Hiroshi Ishiguro实验室提出了一个系统,可以使用多种材料 3D 打印机一次性生产机器人头部(包括皮肤和机械部件)。只需在后面推一个执行器包,就可以“开始进行一个阴间表情包的诞生”。

具有31个自由度的机器人头部,核心理念在于快速迭代过程中无需同时进行大量执行器调整。

(a)

(b)

1 机器人使用多材料 3-D 打印机一次性打印,除了执行器(在打印后添加了眉毛和虹膜); (a) 软白皮肤的机器人; (b) 具有透明柔软皮肤的机器人。皮肤后面的刚性链接通过它显示出来。

       他们提出了打印机器人的理念,采用多材料3D 打印机器人头部,这部分可以作为打印完整机器人的雏形。虽然成品乍一看和像东京奥运会开幕式风格相似……

2 东京奥运会主会场上空巨型人脸

虽然效果“阴间”,但是不能否认该方案绝对“阳间”的价值。近年来,人们逐渐可以遥控机器人作为“自己的化身”——无论是进行工作演示还是通过机器人的眼睛欣赏诗和远方。这种机器人的一项重要功能是将操作人员的存在传达给与机器人交互的人,因为具有非常类似人类外观的机器人可以传达更清晰的存在感。他们的目标是创建一个可用作操作员化身的机器人,通过精确再现操作人员的外观和行为将操作员的存在进行远程传送。问题来了,这么科幻的方案如何一步步落地呢?

首先,创建在皮肤上有/没有脊的试点测试模型,最终确认脊状皮肤可以实现更自然的变形。

(a)

(b)

3 实验结果:(a) 孔周围表面有脊的皮肤;(b) 表面无脊的皮肤。

然后,设计并制造了一个具有31个连接点的 3D 打印机器人头部。快速打印出皮肤和连杆机构,并连接到由几个电动机组成的执行器单元。

4 机器人头部的三维计算机辅助设计图像; (a) 整体结构; (b) 驱动皮肤的连杆机构的细节; (c) 柔性(绿色)和刚性(紫色)材料之间连接点的截面图。

最后,根据人类面部动作用机器人头部重新创建了几种面部表情,以确认概念的可行性。

图4 三种面部表情的结果。左:原始人类面部表情,右:机器人头部表情。

在未来的工作中,他们将在皮肤上添加触摸传感器和大功率执行器,以实现全身打印的机器人。想象一下,在不久的将来,你作为本体安逸的待在家中,同时操控若干个分体自如地穿梭于学校、公司、旅行的路上……,前一秒还在为工作推杯换盏,下一秒就可以和远方的亲友齐聚一堂,那时候我们的热门电视剧不再是《我在他乡挺好的》,而是《我在身边挺好的》。

5 《我在他乡挺好的》胡晶晶剧照

参考:

GB:Yagi S. Android Printing: Towards On-Demand Android Development Employing Multi-Material 3-D Printer[J]. 2021.