纳米机器人：于细微处见神奇军用人工智能机器人介绍视频大全

发表时间：2023-07-03 13:08:15

纳米机器人：于细微处见神奇

纳米机器人构造 (示意图)

纳米机器人是根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”，也称分子机器人；而纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点。

目前，不少国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米机器人这种新科技的战略高地。《机器人时代》月刊日前指出：纳米机器人潜在用途十分广泛，其中特别重要的就是应用于医疗和军事领域。

纳米蜘蛛机器人复制出了另一个机器人，继而被染成绿色，并朝红色目标移动（效果图）

医用纳米机器人

在美国科幻大片《惊异大奇航》中，科学家把变小的人和飞船注射进人体，让这些缩小的“参观者”直接观看到人体各个器官的组织和运行情况。然而在现实中，科学家根据分子病理学的原理已经研制出各种各样的可以进入人体的纳米机器人，有望用于维护人体健康。

医用纳米机器人目前还处在试验阶段，大到长几毫米，小到直径几微米；但可以肯定的是，未来几年内，纳米机器人将会带来一场医学革命。

许多工程师、科学家和医生都认为，医用纳米机器人有着无限的潜力——而其中最有可能的包括：治疗动脉粥样硬化、抗癌、去除血块、清洁伤口、帮助凝血、祛除寄生虫、治疗痛风、粉碎肾结石、人工授精以及激活细胞能量，使人不仅保持健康，而且延长寿命。

纳米机器人(艺术图)

2010年5月，美国哥伦比亚大学的科学家成功研制出一种由脱氧核糖核酸(DNA)分子构成的纳米蜘蛛机器人，它们能够跟随DNA的运行轨迹自由地行走、移动、转向以及停止，并且它们能够自由地在二维物体的表面行走。这种纳米蜘蛛机器人只有4纳米长(一纳米为一米的十亿分之一)，比人类头发直径的十万分之一还小。

虽然之前的纳米机器人也实现了行走功能，但不会超过3步。而纳米蜘蛛机器人却能行进100纳米距离，相当于50步。科学家通过编程，让其能够沿着特定的轨道运动；这一进展的强大之处在于：一旦被编程，纳米蜘蛛机器人就能够自动完成任务，而不需要人为介入。他们认为：纳米蜘蛛机器人可以用于医疗事业，以帮助人类识别并杀死癌细胞以达到治疗癌症的目的，还可以帮助人们完成外科手术，清理动脉血管垃圾等。

图中描述的是纳米机器人正在寻找入侵的病毒

科学家已经研发出这种机器人的生产线。随着这种机器人的问世，科学家在朝着打造可在血管中穿行，用于杀死癌细胞的先进装置的道路上又向前迈进一大步。

以色列科学家目前正在研制一种微型纳米机器人，它可以在人体内“巡逻”，在锁定病灶后自动释放所携带的药物。这种技术的原理是：在编程过程中将某种特定疾病定义为“是”状态。“巡逻”过程中，机器人可执行一系列计算，检查所在位置处信使核糖核酸(mRNA)上的疾病指标。如果某种特定疾病的所有指标都满足，机器人这时会做出应该释放药物的判断。如果检测到的指标并不充分，它最后会位于“否”的状态。

科学家对这种机器人进行了不断的改进，并取得了突破性的进展，它现在可以从多种渠道来检测疾病指标，例如mRNA、微核糖核酸(miRNA)、蛋白质以及多种小分子。

科学家的目标是：在未来创造大量这种纳米机器人，让它们自动且不间断地在身体内巡逻，寻找各种疾病信号。由于可以从多种渠道直接探测疾病指标，所以诊断更为精确。

在经过更多更好的计算以后，这种机器人还可以向发现疾病的位置释放第一轮预防性药物，作为防止传染的第一道防线。虽然在现实中该技术离我们还有些遥远，但其随时警惕身体健康状态的设想仍非常诱人。

图中描述的是一个纳米机器人在清理血管中的有害堆积物

军用纳米机器人

进入21世纪，科技发展如火如荼，军事变革风起云涌。站在历史新起点上审视，到底什么科技能够像核武器一样，对未来军事产生革命性的影响？近来国外军事专家纷纷预言：纳米机器人离我们的战场并不遥远,它们在世界范围不仅将引领一场真正意义的战争革命,并将同时推进作战理念、作战方法的根本改变。

目前，各主要军事大国正在积极进行军用纳米机器人的研发，并已成功研制出数十种纳米机器人用的元器件；纳米机器人部队将在一些实验室或生产在线整装待发。

纳米机器人是如何消灭或使敌有生力量丧失战斗力的呢？首先，将纳米机器人应用到传统的武器技术装备中去，通过改善其制造材料、制作工艺、指控系统、制导系统、运输和储存方式，提高传统武器技术装备的战术技术性能，加强传统作战手段的杀伤效能；其次，开发新的人体作战手段和作战方式，比如研发出能堵住人脸、鼻、口、眼的纳米微型组件，或能粘住手、脚的纳米微型组件等等；再次，对现有的化学和生物体进行改造或研发出新型的化学或生物体，并将其注入到人造或杂交的昆虫体内，通过昆虫将这些带有杀伤性的化学或生物体传播到敌国军民的身体之中；最后，纳米机器人在进入敌人身体后，可通过自我复制或自我繁殖的方法迅速在敌方阵营中扩散。

图中描述的是一个纳米机器人正在进入红细胞

有关专家认为：军用纳米机器人可以充当侦察工具，如“智能沙粒”或者“智能尘埃”。这些工具具有电子鼻的功能，只有沙粒那么大，可以分析周围环境、识别化学构成、向监督系统汇报。最终的侦察报告是非常全面的，将成千上万个电子鼻的数据进行梳理，每个纳米电子鼻的侦察范围只有1米，但是众多的电子鼻覆盖在有限的区域中，这些纳米点具有很高的侦察精度。

如果“智能沙粒”组成的网络中有各种不同的传感器，监督计算器可以使用数据融合对遥远的战场或山中道路形成更加复杂、更加精确的实时侦察图像，敌人却全然不知，当地居民的风险也很小。

美国国防部先进研究项目局（DARPA）与工业部门正在研制一种会飞的军用纳米机器人。这种纳米机器人只有昆虫大小或鸟类大小；它不容易被发现，具有致命性，廉价，可以快速反应，可以持续作战，机动性好。他们计划在2015年之前制造出鸟类大小的可以侦察大规模杀伤武器的纳米机器人，在2030年之前制造出昆虫大小的可以侦察大规模杀伤武器的纳米机器人。

顺带一提的是：受DARPA的委托，AV公司于2011年7月研制出一种用于侦察的纳米蜂鸟机器人，它装配不少纳米级元器件；这款机器人被《时代》周刊评为2011年度五十项最佳发明之一。

在二维物体表面行走的纳米蜘蛛机器人(艺术图)

每一种新科技的出现，似乎都包涵着无限可能。用不了多久，个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。中国著名学者周海中教授在1990年发表的《论机器人》一文中就预言：到21世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。

最后值得一提的是：未来学家认为，到了21世纪下半叶，将人同计算机绝对而清楚地区分开来将变得毫无意义。一方面，人类将拥有经过纳米机器人技术大大扩展了的生物大脑；另一方面，人们将拥有纯粹的非生物大脑，后者是功能大大增强了的人类大脑的复制品。毫无疑问，有了经过功能改善的大脑，我们将创造出无数与纳米机器人技术融合的更新的技术。届时，人类将进入一个新天地，成为地道的“新人类”。

我国军用高科技，国产军用机器人介绍

1.国产机器“大狗”：拥有五种行走步态------世界军工强国对无人作战平台和机器人的研究可谓明争暗斗，美国、日本、韩国等国家都相继爆出研制四足机器人的消息，其中以美国波士顿公司研制的“大狗”最为有名。我国也已经启动了足式机器人的研究计划，研究进展似乎比想象中更快一些，成果也很丰富。兵器地面无人平台研发中心（以下简称“兵器无人中心”）的国产机器“大狗”让人耳目一新。

外观上，兵器无人中心的两只机器“大狗”与美国、韩国曝光的同类机器人相似。体积比普通的猎犬稍大一些，四条金属“腿”支撑着一个瘦长的“躯干”，“躯干”上面挂满了各种包袱，仿佛一只驮运物资的动物。“我们已经为他设计了五种行走的步态，这是其中的一种，叫对角小跑，是模仿真正的狗小跑的动作，还有遛蹄、跨步等其他的动作行为”兵器无人中心的技术人员介绍说。

2.首款定型的作战机器人：适应多种环境的小型作战平台------履带式底盘，可旋转遥控枪塔，两个用于探测和感知环境的摄像头……作为中国首款定型的作战机器人，它从外观上看，就像是个小坦克，但有一个很明显的改变：它采用了双节双履带式的移动方式。和我们常见的坦克式单节双履带相比，它在履带的前段增加了一节机械旋转臂，这无疑进一步提高了它的通过能力，能够适应更多的道路情况。

这样的设计安排明显体现出小型化的特色。双节式履带显然是在总长度有限的情况下为提高适应能力作出的选择，车辆的底盘长度越长，越能提供行驶的稳定性能、以及更大的载荷，但这样体积也上去了。机器人的全重是36千克，这是一个单兵可以背着走的重量——这将为机器人的战术运用提供更多的选择

据研制人员介绍，这款机器人具备防水能力，路面上的小水沟不会对其通过性能造成什么影响。一个携行双肩包，背包上伸出了几根天线，还引出了一根电缆连接了一台大平板，这就是作战机器人的通信操控平台。平板的体积不算小，差不多相当于一个13英寸的显示屏，而且还挺厚。为了综合平衡显示效果与续航能力，使用了一块精度看上去有点粗糙的低分辨率产品。它采用的也是触摸屏，整体感觉和10寸不到的iPad有点类似。

3、小型轮－步式无人平台：越障能力出色------目前，国内四足机器人的研究还处于起步阶段，在工程性、可靠性方面存在较多问题，包括液压系统泄漏、动力系统不稳定、发动机噪音大、工艺线路杂乱等。与国外相比，国内四足机器人还存在步态单一、速度较慢、地形适应性差、缺乏自主导航等问题。国内四足机器人，要真正实现与国际接轨，还有很长一段路要走。

4.水下探伤机器人：为辽宁舰颁发“健康证”海军某型现役驱逐舰正在进行水下探伤检修任务的情景与以往不同，该支队长期担任水下检测手的潜水员开心“换岗”，主角变成了一个以新型超声波探伤机器人为主的水下探伤仪。这次，身着干爽作训服的老王，与岸上操控手一起坐在甲板上，指点新拍档——水下机器人干活儿。长期以来，舰艇水下部位船体钢板和仪器设备的现场检测、修理，让海军基层舰艇部队检修部门费尽脑筋

一同走出困境的，还有中国首艘航母辽宁舰------当时，交付海军满一年的母舰舰体及其辅助舰船装备保障状态备受关注。那年冬天，张工和中心其他4名战友，奉命组成航母水下检修科研工作超强战队，携带包含水下机器人在内的系列设备，奔赴青岛某军港执行辽宁舰首次水下勘验任务。其间，他们采用水下机器人配合潜水员的联合作业方式，成功实施了水下船体地毯式勘察、重点部位技术测量、海底门封堵和通海阀现场更换等任务。

5.弹药销毁机器人：草原深处的安全卫士------在我国唯一的轻武器试验鉴定国家靶场——中国白城兵器实验中心里，就有着这样一个特殊的岗位，兵器试验的炮弹不经他装配、发射，更不经他找回，却需要经由他之手走向一枚炮弹的终点，这就是“未爆弹丸销毁”。这种弹药销毁作业车，更常被称作“弹药销毁机器人”，主要元件包括作业车主体、控制台、电动收揽装置和辅助装置（各种工具、功能作业包、各类手爪、无线传输模块

6.排爆机器人“灵蜥”------广州军区某兵种训练基地的野外训练场内，技术人员正在向官兵演示排爆机器人“灵蜥”作业。该部结合自身教学需求，与驻地企业合作，利用企业先进的技术助教助学，开拓官兵的视野，提高教学质量，增强部队战斗力。

7、外骨骼系统：“钢铁侠”正向你走来------未来战场需要你跑得更快、判断更准、力量更大、下手更狠……有没有捷径呢？外骨骼机器人系统便是解决方案之一。古代士兵的盔甲就是最早的外骨骼，如今，结合了机械电子、控制、生物、传感、信息融合、材料等技术的外骨骼技术得到前所未有的快速发展。走进南京军区南京总医院博士后工作站，他们研制的外骨骼机器人系统——“机器战甲”——威力巨大。

战场应用：未来能扛很多活------想象一下，在地震救灾现场，一个人就能举起100千克甚至180千克的石块、混凝土板块，而且24小时连续工作也不会感到疲劳，这样的救灾队伍可以高出正常人好几倍的效率在狭小的空间内清除废墟或者清除道路上的障碍物，这将是怎样的工作效率！在战场上，一支行军时速20千米，能够在夜间精确定位

智能机器人的现状及其发展趋势

本文扼要地介绍了智能机器人技术的发展现状，以及世界各国智能机器人的发展水平，然后介绍了智能机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能机器人方面发展并提出期望。

1、引言

机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能机器人则是一个在感知-思维-效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能。

随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能机器人所处的环境往往是未知的、很难预测。智能机器人所要完成的工作任务也越来越复杂;对智能机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。目前，国内外对智能机器人的研究不断深入。

本文对智能机器人的现状和发展趋势进行了综述，分析了国内外的智能机器人的发展，讨论了智能机器人在发展中存在的问题，最后提出了对智能机器人发展的一些设想。

2、国内外在该领域的发展现状综述

2.1智能机器人的发展现状

智能机器人是第三代机器人，这种机器人带有多种传感器,能够将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力和自治功能。

目前研制中的智能机器人智能水平并不高，只能说是智能机器人的初级阶段。智能机器人研究中当前的核心问题有两方面：一方面是，提高智能机器人的自主性，这是就智能机器人与人的关系而言，即希望智能机器人进一步独立于人，具有更为友善的人机界面。从长远来说，希望操作人员只要给出要完成的任务，而机器能自动形成完成该任务的步骤，并自动完成它。另一方面是，提高智能机器人的适应性，提高智能机器人适应环境变化的能力，这是就智能机器人与环境的关系而言，希望加强它们之间的交互关系。

智能机器人涉及到许多关键技术，这些技术关系到智能机器人的智能性的高低。这些关键技术主要有以下几个方面：多传感信息耦合技术，多传感器信息融合就是指综合来自多个传感器的感知数据,以产生更可靠、更准确或更全面的信息，经过融合的多传感器系统能够更加完善、精确地反映检测对象的特性,消除信息的不确定性,提高信息的可靠性；导航和定位技术，在自主移动机器人导航中，无论是局部实时避障还是全局规划，都需要精确知道机器人或障碍物的当前状态及位置，以完成导航、避障及路径规划等任务；路径规划技术，最优路径规划就是依据某个或某些优化准则，在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径；机器人视觉技术，机器人视觉系统的工作包括图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示,核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识；智能控制技术，智能控制方法提高了机器人的速度及精度；人机接口技术，人机接口技术是研究如何使人方便自然地与计算机交流。

在各国的智能机器人发展中，美国的智能机器人技术在国际上一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强，性能可靠、功能全面、精确度高，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用。日本由于一系列扶植政策，各类机器人包括智能机器人的发展迅速。欧洲各国在智能机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。中国起步较晚，而后进入了大力发展的时期，以期以机器人为媒介物推动整个制造业的改变，推动整个高技术产业的壮大。

2.2智能机器人的广泛应用

现代智能机器人基本能按人的指令完成各种比较复杂的工作，如深海探测、作战、侦察、搜集情报、抢险、服务等工作，模拟完成人类不能或不愿完成的任务，不仅能自主完成工作,而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务，在不同领域有着广泛的应用。

智能机器人按照工作场所的不同，可以分为管道、水下、空中、地面机器人等。管道机器人可以用来检测管道使用过程中的破裂、腐蚀和焊缝质量情况，在恶劣环境下承担管道的清扫、喷涂、焊接、内部抛光等维护工作,对地下管道进行修复；水下机器人可以用于进行海洋科学研究、海上石油开发、海底矿藏勘探、海底打捞救生等；空中机器人可以用于通信、气象、灾害监测、农业、地质、交通、广播电视等方面；服务机器人半自主或全自主工作、为人类提供服务，其中医用机器人具有良好的应用前景；仿人机器人的形状与人类似，具有移动功能、操作功能、感知功能、记忆和自治能力，能够实现人机交互；微型机器人以纳米技术为基础在生物工程、医学工程、微型机电系统、光学、超精密加工及测量(如:扫描隧道显微镜)等方面具有广阔的应用前景。

在国防领域中，军用智能机器人得到前所未有的重视和发展，近年来,美英等国研制出第二代军用智能机器人，其特点是采用自主控制方式，能完成侦察、作战和后勤支援等任务，在战场上具有看、嗅等能力,能够自动跟踪地形和选择道路，具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。如美国的Navplab自主导航车,SSV自主地面战车等。在未来的军事智能机器人中，还会有智能战斗机器人、智能侦察机器人、智能警戒机器人、智能工兵机器人、智能运输机器人等等，成为国防装备中新的亮点。

在服务工作方面，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛应用服务智能机器人，以清洁机器人为例，随着科学技术的进步和社会的发展，人们希望更多地从繁琐的日常事务中解脱出来，这就使得清洁机器人进入家庭成为可能。日本公司研制的地面清扫机器人，可沿墙壁从任何一个位置自动启动，利用不断旋转的刷子将废弃物扫入自带容器中；车站地面擦洗机器人工作时一面将清洗液喷洒到地面上，一面用旋转刷不停地擦洗地面，并将脏水吸入所带的容器中；工厂的自动清扫机器人可用于各种工厂的清扫工作。美国的一款清洁机器人“Roomba”具有高度自主能力，可以游走于房间各家具缝隙间，灵巧地完成清扫工作。瑞典的一款机器人“三叶虫”，表面光滑，呈圆形，内置搜索雷达，可以迅速地探测到并避开桌腿、玻璃器皿、宠物或任何其它障碍物。一旦微处理器识别出这些障碍物，它可重新选择路线，并对整个房间做出重新判断与计算，以保证房间的各个角落都被清扫。

甚至在体育比赛方面，也得到了很大的发展，近年来在国际上迅速开展起来足球机器人与机器人足球高技术对抗活动，国际上已成立相关的联合会FIRA，许多地区也成立了地区协会，已达到比较正规的程度且有相当的规模和水平。机器人足球赛目的是将足球(高尔夫球)撞入对方球门取胜。球场上空(2m)高悬挂的摄像机将比赛情况传入计算机内，由预装的软件作出恰当的决策与对策，通过无线通讯方式将指挥命令传给机器人。机器人协同作战，双方对抗，形成一场激烈的足球比赛。在比赛过程中,机器人可以随时更新它的位置每当它穿过地面线截面，双方的教练员与系统开发人员不得进行干预。机器人足球融计算机视觉、模式识别、决策对策、无线数字通讯、自动控制与最优控制、智能体设计与电力传动等技术于一体，是一个典型的智能机器人系统。

现代智能机器人不仅在上述方面有广泛应用，而将渗透到生活的各个方面，像在煤炭工业在矿业方面，考虑到社会上对煤炭需求量日益增长的趋势和煤炭开采的恶劣环境，将智能机器人应用于矿业势在必行。在建筑方面，有高层建筑抹灰机器人、预制件安装机器人、室内装修机器人、擦玻璃机器人、地面抛光机器人等。在核工业方面，主要研究机构灵巧、动作准确可靠、反应快、重量轻的机器人等等。智能机器人的应用领域的日益扩大，人们期望智能机器人能在更多的领域为人类服务，代替人类完成更多更复杂的工作。

3、讨论与展望

3.1智能机器人的发展趋势展望

智能机器人具有广阔的发展前景，目前机器人的研究正处于第三代智能机器人阶段，尽管国内外对此的研究已经取得了许多成果,但其智能化水平仍然不尽人意。未来的智能机器人应当在以下几方面着力发展：面向任务，由于目前人工智能还不能提供实现智能机器的完整理论和方法，已有的人工智能技术大多数要依赖领域知识，因此当我们把机器要完成的任务加以限定，及发展面向任务的特种机器人，那么已有的人工智能技术就能发挥作用，使开发这种类型的智能机器人成为可能；传感技术和集成技术，在现有传感器的基础上发展更好、更先进的处理方法和其实现手段，或者寻找新型传感器，同时提高集成技术，增加信息的融合；机器人网络化，利用通信网络技术将各种机器人连接到计算机网络上,并通过网络对机器人进行有效的控制；智能控制中的软计算方法，与传统的计算方法相比,以模糊逻辑、基于概率论的推理、神经网络、遗传算法和混沌为代表的软计算技术具有更高的鲁棒性、易用性及计算的低耗费性等优点,应用到机器人技术中，可以提高其问题求解速度,较好地处理多变量、非线性系统的问题；机器学习，各种机器学习算法的出现推动了人工智能的发展,强化学习、蚁群算法、免疫算法等可以用到机器人系统中，使其具有类似人的学习能力,以适应日益复杂的、不确定和非结构化的环境；智能人机接口，人机交互的需求越来越向简单化、多样化、智能化、人性化方向发展,因此需要研究并设计各种智能人机接口如多语种语音、自然语言理解、图像、手写字识别等,以更好地适应不同的用户和不同的应用任务，提高人与机器人交互的和谐性;多机器人协调作业，组织和控制多个机器人来协作完成单机器人无法完成的复杂任务，在复杂未知环境下实现实时推理反应以及交互的群体决策和操作。

3.2建议及设想

由于现有的智能机器人的智能水平还不够高，因此在今后的发展中，努力提高各发面的技术及其综合应用，大力提高智能机器人的智能程度，提高智能机器人的自主性和适应性，是智能机器人发展的关键。同时，智能机器人涉及多个学科的协同工作，不仅包括技术基础，甚至还包括心理学、伦理学等社会科学，让智能机器人完成有益于人类的工作，使人类从繁重、重复、危险的工作中解脱出来，就像科幻作家阿西莫夫的“机器人学三大法则”一样，让智能机器人真正为人类利益服务，而不能成为反人类的工具。相信在不远的将来，各行各业都会充满形形色色的智能机器人，科幻小说中的场景将在科学家们的努力下逐步成为现实，很好地提高人类的生活品质和对未知事物的探索能力。

我国的智能机器人发展还落后于世界先进水平，而智能机器人又是高科技的集中体现，具有重要的发展价值，因此我国在智能机器人领域要认清形势、明确发展发现和目标，采取符合我国国情的可行发展对策，努力缩小与世界领先水平的差距，早日让智能机器人全面为社会的发展服务。相信经过政府的重视和投入，科技工作者的不懈奋斗，我国的智能机器人发展水平能达到新的高度。

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