超快速機器手臂! Robots That Imitate Human Wrist

機器手臂不僅在各種生產組裝工廠, 食品工廠需要, 現在的生醫藥物的篩選實驗也越來越依賴機器手臂, 越快速的機器手臂越能快速完成更多工作或是藥物測試. 但是目前的設計都是利用把伺服把馬達裝載在活動的關節處扮演旋轉運動的腳色, 對這樣的設計要增加馬達力量速度的同時也會讓整隻機器手臂變重而有速度上的限制. 這影片介紹另一種機器手臂的設計, 類似人的手腕由很多韌帶拉動一樣, 這種設計把馬達移到手臂的上方, 用機械連桿來活動下方的手臂. 這樣一來手臂的活動部份可以大幅的減輕重量, 所以可以更快速的完成移動. 這種設計的另一個好處是多個自由度同時在機器手腕的部分實現, 這很多類似人類手腕的操作能更簡單實現. 配合上及時的影像分析, 這種設計能很快速完成像是分裝, 收集不同排列角度物品等任務.


分享到Facebook 分享到plurk

電熱共生-太陽史特林引擎! Solar-Powered Stirling Engine

很多人都學過卡諾循環, 只要控制熱源的有無還有壓縮釋放氣體的方式就可以利用熱來做功. 但是在實際上, 卡諾引擎的過程很難對應到好的機械設計, 所以並不實用. 史特林引擎事另外一種熱引擎, 跟卡諾引擎的不同是它有一個高溫跟一個低溫的的氣缸, 利用時序的機械設計來處理氣體的熱膨脹跟冷卻, 所以可以在兩個汽缸有溫差的情況下持續工作, 不需要像卡諾引擎需要切換高溫跟低溫. 這影片是介紹利用太陽光來驅動的史特林引擎, 利用了塑膠的平面透鏡來聚光可以讓局部的溫度上升到五百度. 引擎的機械運動跟冷卻可以同時產生電力跟熱水. 這樣的過程如果經過好的設計, 目前可以達到比太陽能板發電更好的效率. 太陽能電板雖然很被看好, 不過目前生產的方式還是很昂貴跟高污染. 同時研究不同的陽光利用方式跟針對需求來設計光電或是光熱轉換或許能更幫助再生能源的發展!

引擎簡介
分享到Facebook 分享到plurk

在空氣中游泳的'魚'! Airship fish

空氣跟水一樣都是流體, 所以理論上機械或是生物在這兩種介質可以採取類似的運動策略. 不過實際上因為水的密度遠大於空氣, 能提供更多的浮力, 所以一般的生物在水中可以輕易優雅的游泳而在空氣中就得用力的拍動翅膀來提供浮力. 這影片展示在密度小的物體上, 例如氣球, 當空氣可以因為密度提供夠多的浮力時, 就可以實現在空中的游泳了. 一個大型的魚形氣球飛船, 中間填裝氦氣, 在兩側裝上了兩個跟彈性高分子複合的電極, 只要提供電壓, 就可以讓電極相吸而產生運動. 利用這樣方式 研究人員實現了空中游泳, 速度大約比人走要慢一些. 這種裝置因為安靜又不耗很多能量, 可以可以作為空中宣傳的工具或是用來做緩慢的觀察船, 像是在空中調查生物活動生態或是大體育場提供可移動的攝影角度等. 如果有一天天空開始有不同的東西在安靜優雅地游泳, 應該還蠻有趣的.


分享到Facebook 分享到plurk

變色分子共晶-用光來作功! Converts Light into Mechanical Work

不同種型態的能量轉變常常可以發展出新的裝置. 光變成電已經很常見, 不管是像機還是太陽能電池都是, 不過要從光直接變成機械功, 目前知道的例子還不多. 最常見的一類是輻射計radiometer, 就是在一個小瓶子裡照光會轉動的小葉片. 這原理是因為照光後熱跟溫度差讓氣體流動而產生轉動(不過常被誤會是光壓). 這種方式是利用流體跟固體介面的表面能量的溫度依存性, 有點像是表面張力在溫度下的應用. 不過除了這類以外, 因為光還可以直接跟分子作用, 改變分子的結構, 所以理論上光應該可以直接讓分子的變形來產生功. 以往這類的變形不太可能用, 因為個別分子的尺度太小了, 幾乎沒有實用價值. 這影片是利用光變色分子(二芳基乙烯衍生物)跟 perfluoronaphthalene的共晶來達到大尺度的變形. 當照光之後光變色分子會產生光環化反應, 使分子變形. 這樣的變形會讓共晶的的結構改變. 影片中展示的就是利用這樣的機制, 讓一個一小片共晶材料彎來彎去. 這種光變成機械變形的方式,因為產生的力跟變形都很大. 應該有很多利用的空間!
學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

雷射遠端驅動的直昇機! Lasercopter

如何在不需要電線情況下把能量提供給電子裝置除了省掉惱人的電線, 在一些特別的場合,像是RFID或是未來的電動交通工具也有不同可能的應用, 目前在一些小行動裝置上也已經有產品. 現在短距離的傳輸大概都是利用線圈跟電感的方式. 不過這樣的方式並不適用長距離的傳輸. 特別像是遠端的衛星或是無人飛機. 這些裝置上能源都是很珍貴的資源, 如果能遠端供電會幫這些裝置提供更多使用上的彈性. 這影片介紹展示利用雷射來對一台模型直昇機提供能源. 方式就是利用太能能電池把雷射的光能轉換成電能. 這樣的構想其實在很久以前就被提出來, 不過這種傳輸方式主要必須面對電能轉成雷射的耗損,跟太陽能轉電能的效率這雙重耗損. 以往這兩個過程都不太有效率, 所以沒人去實現. 不過最近在半導體雷射跟太陽能電池都有很大的進步, 這樣的過程變成有利用的價值. 這影片是利用聚紅外的半導體雷射陣列去然後驅動一台大約300克的模型直昇機幾個小時. 雖然真正的遠距離傳送還必須克服大氣對光的干擾, 不過最少展示了這樣的機制在目前已經可行了.


分享到Facebook 分享到plurk

全天飛行的太陽能飛機! Solar plane completes maiden flight

太陽能常常被認為不足夠提供夠多的能量來維持某些需要汽油的活動,特別是在交通工具上. 這影片介紹一個計畫, 希望能像全世界展示太陽能可以讓飛機在世界飛行一周而不需要消耗任何石化能源. 在一兩個月前這計畫已經證實目前的飛機設計可以全天飛行了. 為了要節省飛行所需的能量, 這飛機的機身幾乎碳纖維材料組成, 重量大約一輛汽車, 可是機翼的長度比大型的民航機還要長. 上面布滿了太陽能電池. 利用白天的太陽能對電池充電, 然後電力利用在夜間的飛行. 目前的飛行方式是白天飛到雲上吸收能源, 夜間下降高度節省能源. 這計畫有很多科學人員參與, 因為這樣的目標需要很好的飛行機構設計, 需要電腦模擬什麼樣的結構能最省能源的飛行, 還有能源地收集跟分配計畫等. 當然全天飛行的實現也很依賴電池技術的進展. 這樣的一個計畫可以讓人去思考在能源有限的情況下, 什麼才是最好的設計, 也向人展示其實有合適的設計, 對太陽能的利用還有很多可以進步的空間!

網站
分享到Facebook 分享到plurk

啊! 被表面的超音波抓住了! 2D patterning of E coli cells

很多實驗技術都希望能在細胞尺度下控制細胞, 像是可以分離還是收集細胞, 還是要細胞乖排好來做組織工程或是特定量測. 大部分是利用光學或是電學的效應, 但是其實超音波也可以喔! 利用壓電材料在固體表面上產生表面超音波(也就是高速的機械性震動) , 表面上的液體就會有特定的流動模式. 簡單的物理解釋就像是用筷子敲馬克杯可以看到水波流動那樣. 於是在液體裡的細胞就乖乖的被流體帶到特定的地方聚集了! 這影片就是這過程喔! 亮亮的小東就是有螢光的大腸桿菌, 還蠻有趣的!

相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

全視點投影行車! Fujitsu - Wraparound 3D monitor system

很多朋友初次看到google map的街景時, 可能都會為了可以立體瀏覽街道而感到訝異. 其實這種把廣角影像投影到立體空間的方式有很多可能的應用, 雖然原理都是幾何投影而已. 其中一個是利用單一攝影機跟錐狀反射鏡就可以拍攝全景照片, 有被用在某些監視系統上. 這影片是介紹利用裝在車上的四支攝影機, 把周遭的景色及時立體的重建在駕駛員的顯示器上, 並且可以任意改變視角, 讓開車時候能對周遭眼睛看不到的地方掌握的更好. 這種技術最開始是利用攝影機來協助倒車, 在前幾年的時候開始做及時影像處理, 把四支攝影機的影像做平面展開, 讓駕駛員可以從上視野看到自己車子跟週遭的相對位置. 不過那種視點比較不直接, 這次就直接做立體的展開了,附加的也就可以選擇任意視點了. 這種技術主要是軟體跟時運算的進步, 合適地使用應該會增加行車的安全性.


分享到Facebook 分享到plurk

特殊輪子的太陽能機車! Solar Bike

以太陽能作為交通工具一直有很多的嘗試, 但是因為太陽能能充電的效果有限, 常常會限制了使用太陽能作為交通工具的電力來源的可行性. 這影片介紹新設計的太陽能機車. 太陽能板電池跟車體設計這些技術都很多人在發展, 所以也不是很不同的特點. 這太陽能機車的特點是利用發展摩差力很小的輪胎轉軸來降低耗能. 根據影片中的介紹, 這輪子的慣性旋轉可以到達20分鐘之久, 所以利用這種輪子的機車, 在使用太能能的情況下, 一天的白天的陽光照射, 就足夠當天的交通往返使用. 當然還是可以另外充電的. 每次充電的行進距離可以到達220公里. 如果這車輪的技術能夠普及, 相信對運輸的效率會有不少的改進.


分享到Facebook 分享到plurk

飛機要跟鳥類學習的失速降落! Bird-like glider

在有限的空間要讓飛機要降落一直是個大問題, 可是另一方面, 飛機最早的模仿對象, 鳥類, 卻可以在小空間降落. 其中最大的不同就是鳥類會利用有回饋的失速降落. 飛機的飛行升力來自於空氣通過機翼時, 上下層空氣的流速因為機翼設計而上快下慢所帶來的效應. 當飛機拉高機翼的角度會提高升力, 但是到一定大小的時候, 上層的空氣會開始分離變成渦流且整體飛機的阻力變大, 水平的速度下降, 就會造成所謂的失速. 鳥類很會利用控制翅膀的角度, 巧妙的利用這種效應來减速降落, 但是一般的飛機因為這樣的效應難以控制, 都是乖乖的用滑行降落. 現在有研究人員發展出演算法, 可以估計這樣的效應, 然後利用裝在機上的感測器跟機尾的馬達來微調控制. 影片中展示的就是小飛機利用這種失速降落的情形. 這種技術應該不會利用在有載人的飛行具上, 因為應該很危險又不舒適, 不過研究人員希望可以用在小自動飛機在有限空間的降落上.


分享到Facebook 分享到plurk

水火箭人 ! JetLev

很多人都玩過水火箭或是看過水火箭. 把寶特瓶的氣打滿然後用氣壓把瓶裡的水噴出來, 水火箭就飛起來了. 動量守恆的小應用. 那問題來了, 這樣是不是只要水噴不完就可以一直飛呢? 要怎麼樣才有噴不完的水呢? 現在這夢想實現了! 而且飛起來的還是人! 利用水管跟把水噴射出去的裝置, 人就這樣飛起來! 相信看了影片就很清楚了:P 當然限制是只能飛在有水的地方, 因為拖著一條水管要吸水:P


分享到Facebook 分享到plurk

仿魚潛水艇! Knifefish sub

怎麼樣在水裡運動有很多選擇. 一般的潛水艇利用螺旋槳, 現在有研究人員開始仿照魚的運動方式來設計新的運動機構. 這種被參考的魚叫做Knifefish(刀魚or弓背魚) , 運動方式是擺動長長的條鰭來運動. 研究人員設計一樣的長條狀的鰭擺在潛水艇的下方, 只要裡面的機械機構開始扭動, 鰭就會週期性的波浪扭動, 然後艇身就可以前進了. 這樣的改進可能可以減少螺旋槳捲到東西而破壞的機會或是提供較安靜的運動模式. 不過可能不能運動的太快:P


分享到Facebook 分享到plurk

無人駕駛越野車! Stanfords Robotic Audi Pikes Peak TTS Shelly

史丹佛的汽車研究中心最近展出了無人駕駛的越野登山車, 因為越野登山車要面對很多嚴酷的地形, 所以這樣的無人駕駛顯示出目前已經有能力克服些困難. 這輛車主要是利用高解析度的GPS導航, 空間解析度可以到達2cm, 再配合上車體的加速感應器,陀螺儀, 速度感應器跟電腦控制, 整體車速可以到達130英里 看來夥計(霹靂遊俠的那輛自己跑的黑車) 快要出現了!


分享到Facebook 分享到plurk

自我調適機器人! Adapting robot

很多機器人都是被設計來跨越很多不同的障礙物, 不過各種設計都有優缺點合適不同的地形. 那面對不同的需求的時候該怎麼辦呢? 讓機器人自己去適應就好了! 這影片介紹的行走機器人有不同的運動模式, 利用神經網路的學習分析, 機器人會根據環境選擇合適的模式, 而且在下次遇到一樣地形的時候還會記得以前學習到的解決方式. 當遇到被困住的時候, 機器人也會隨機的挑選運動模式來脫離困境!

相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

飛行汽車! "Flying Car" Terrafugia Transition Roadable Aircraft

可以飛行的汽車一直是人類對未來的夢想, 現在已經有些原型的機器做出來而且試飛了! 影片中的車由碳纖維的車身跟可以摺疊翅膀所構成, 重量約250公斤上下. 可以在汽車跟飛機間變形, 變形時間只要15秒, 加滿油可以飛800公里左右 (可以用一般的汽油). 不過與其說是飛行的汽車, 其實比較像可以跑的四輪飛機, 也同時需要飛機的跑道. 要是有一天, 大家看到頭上有怪東西飛過的時候, 別太驚訝喔!


分享到Facebook 分享到plurk

儲存彈力的人工腳! Artificial foot

人的腳其實是很聰明的生物設計, 不僅有腳掌軟墊消除走路時的震動, 更可以利用彈性的韌帶跟足弓儲存每一步踏下時多餘的能量, 讓抬腳的時候省力一些. 現在科家學開發出一種新的義足, 利用聰明的計設, 也能把腳踏下時候的力量儲存起來再加以使用, 甚至做的比人腳還好. 原理是利用彈簧跟可以偵測何時該釋放的卡榫. 當踏下的時候把能量存在彈簧, 利用卡榫讓彈簧不反彈, 然後在腳步抬起的時候, 由壓力偵測器在合適的時候通知卡榫打開, 釋放彈簧的能量讓腳步輕一些. 這樣聰明的設計應該有機會造福一些需要的人!


分享到Facebook 分享到plurk

波浪旋轉發電機 ! Gyroscopic Wave Power Generator

只要看著起伏的波浪就知道有多少能量蘊含在那些運動中, 但那些能量要怎麼被提取出來呢? 這影片介紹了一種可以利用海上的波浪起伏來發電的裝置. 原理是利用裝設在浮動平台上的陀螺發電器, 當有海浪起伏的時候, 特殊的機構設計就會帶動陀螺發電器轉動, 進而發電. 傳統利用海洋發電的方式比較多是利用潮差發電, 設置的地點有限, 成本也很高. 洋流發電又可能會改變海洋生態. 這影片介紹的波浪旋轉發電機可以裝置在一般的海面上, 不一定要在岸邊, 而且可以依照需要的電量來決定設置的數目, 對生態干擾也小. 如果能好好利用天然波浪來發電, 或許可以解決部分離島或是海洋上的電力需求, 另一方面也對環境很友善!

相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

球狀超音波馬達! Spherical Ultrasonic Motor

傳統在位置控制上所用的馬達因為線性構造的關係, 只能控制一個方向的運動, 當需要多軸運動的時候就需要複雜的機構, 不僅體積大也變的昂貴. 這影片展示出一種新型態的超音波馬達, 可以在x,y,z 方向都自由的轉動. 不僅結構簡單, 速速度也很快, 可以到達400RPM. 跟一般傳統超音波馬達最大的差異在於三個壓電震動子是放置在一個球面上, 而不是線性軸上, 如此一來, 只要控制三個壓電震動子的震動方式跟順序, 就可以在球面上自由轉動. 這種新型態的超音波馬達因為構造簡單又可以有多軸自由度, 所以有機會用在小的運動裝置, 如內視鏡或是機器人的關節等地方.


分享到Facebook 分享到plurk

輕便機械肌肉裝! Lightweight Muscle Suit

電影裡總有那種人類可以穿上去的機械裝, 又帥又夠力. 到底這種裝置有沒有實現的一天呢? 或許已經不遠了, 不過也許沒有想像中那麼拉風. 這影片是展出去年底最新開發出來的一種機械裝. 比較特別的部分是, 這機械裝是利用空氣驅動的人工肌肉來帶動, 而不是電動裝置. 人工肌肉是利用充氣時, 尼龍纖維管會側向膨脹來達到收縮的目的. 也因為用了這種裝置, 整體的重量大幅減輕, 展出的機械裝重量只有8公斤. 展示的能力是本來只能搬10公斤的手臂, 變成可以搬50公斤. 這種裝置可能會先用在搬運工人或是需要搬動老人的看護上, 其他科幻的用途可能還要等一下:P


分享到Facebook 分享到plurk

大水蛇波浪發電機! Giant rubber snake wave power

怎麼有效的利用再生能源一直會是人類要面對的問題. 除了風力跟水力以外, 也越來越多的研究關注在波浪的發電. 這影片介紹一種很奇妙的大水蛇裝置, 可能可以有效的利用波浪來發電.　裝置就是一個像大水蛇的橡皮管, 前段半固定在接近海面的地方, 後端掛著發電機. 整體貼近在海面上, 當有波浪在大水蛇上面經過的時, 就會帶動一團水從前端傳到後端, 帶動發電機發電.　基本的原理就是利用橡皮管的彈性跟波浪傳播時壓力波, 讓橡皮管的彈性反應正好跟波速可以配合,　一口一口把水往後傳. 目前已經在波浪實驗槽驗證過可行. 這種裝置因為簡單或許能應付長時間的海洋環境, 在未來提供另一種能源的來源.

相關資料
分享到Facebook 分享到plurk