知乎发布声明:封禁“咪蒙”、“才华有限青年”等帐号

PingWest品玩2月21日讯,知乎发布声明,封禁“咪蒙”、“才华有限青年”等账号,称这类账号为博眼球吸流量,长期发布虚假营销内容,贩卖社会焦虑,宣扬“毒鸡汤”和丧文化,不仅影响广大知友的讨论体验,也给社会带来了极大的负面影响,决定自即日起永久封禁上述帐号,并拒绝此类帐号再次注册。

知乎表示,知乎社区将加大管理力度,实时筛查社区的违规行为,严肃处理违规帐号,维护安全健康的讨论氛围,构建风清正气的网络环境。

同日,微博等平台也悉数关停了“咪蒙”等一系列的账号,与此同时“咪蒙”微信公众帐号已于今日注销,公众号页面显示“该账号已自主注销,停止使用。”


微博:关闭“咪蒙”“才华有限青年”等贩卖焦虑账号

PingWest品玩2月21日讯,微博官方发布公告称,对“贩卖焦虑”情况严重的账号“才华有限青年”和“咪蒙”进行封禁处理。微博公告称,将履行企业主体责任,落实对自媒体管理的相关管理要求,严厉打击通过“贩卖焦虑”以及其他通过消极低俗内容获取流量的行为。

以下为微博公告:

微博为履行企业主体责任,落实对自媒体管理的相关管理要求,严厉打击通过“贩卖焦虑”以及其他通过消极低俗内容获取流量的行为。

为此关闭了用户及社会反响强烈的,“贩卖焦虑”情况严重的账号:@才华有限青年@咪蒙 。

《微博社区公约》中明确规定:微博社区倡导社会主义核心价值观,宣扬正确的价值导向、道德观念和积极向上的时代精神。传播正能量,反对消极、低俗内容。

微博作为平台运营方,希望自媒体作者能够积极承担社会责任,杜绝弄虚作假,努力向粉丝及网友传播正向价值。


生态与进化的哲学

精美无比的凤蝶(左为金裳凤蝶、右上为美凤蝶,右下为柑橘凤蝶)

凤蝶(凤蝶科 Papilionidae)是昆虫中一类较为美丽的蝴蝶,它们个头较大、颜色艳丽、体态优美,独特的斑纹让它们飞行在空中特别惹眼,是人类比较喜爱的一类蝴蝶。据统计,全世界共有550多种凤蝶,其踪迹几乎遍布全球。如中国著名的梁祝中描绘的美凤蝶、橘子树林中常见的柑橘凤蝶,以及西双版纳夏季金光闪闪的金裳凤蝶,还有市场上经常用来做标本出售的很多大蝴蝶大多属于凤蝶。

凤蝶为什么如此美丽?而且敢于在如此凶险的丛林生活中翩翩起舞呢?它的一生是如何炼成的?这得益于凤蝶高超的用毒之术,特别是幼虫阶段的独特生存策略。我们今天就来讲讲凤蝶的那些“毒招”,以及其背后的秘密。

No 1. 聚食物之毒在体内,警示敌人

凤蝶之华丽在于成虫,存活却在于幼虫阶段。幼虫阶段由于持续时间长,而且爬行能力较弱,因此相对脆弱。凤蝶幼虫虽然也称之为“毛毛虫”,但大多都是光滑无毛的家伙,与我们脑海里的“毛毛虫”的样子并不一致,凤蝶幼虫也不靠毒毛来保护自己,而是另有高招。

凤蝶的幼虫食性很独特,其寄主多为芸香科、马兜铃科、樟科及伞形花科的植物,如柑橘凤蝶幼虫喜欢吃橘子和花椒叶,金凤蝶喜欢吃茴香,金裳凤蝶喜欢吃马兜铃等等。幼虫通过这些独特的食物,获得奇怪的味道或毒素,以增强自身的防御能力,免遭天敌毒手。

一些较为“嚣张”,毒素较强的毛虫,因为从食物中获得了超强的庇体毒物,因此也舍弃了含蓄的生活方式。他们不再躲躲藏藏,而是明目张胆地在叶子表面进食,“警示”对手,说“老资有毒,你最好别惹老资!”科学上称之为警戒色(aposematism),比如以马兜铃为食的这一类凤蝶就是这种选手。

如版纳的纳补凤蝶幼虫 Papilio noblei,群居在叶子正面,看起来相当恐怖(刘景欣摄影)

No 2. 拟态小蛇,头吐蛇信

凤蝶的幼虫还有另外一个著名的特征就是拟态或者伪装,它们可以伪装为“蛇”或者伪装为“鸟粪”,如柑橘凤蝶,它刚出生时候,外表像极了鸟屎。等它逐步长大之后,它不仅具有蛇一样的假眼睛,而且在脖子处,具有一对腺体,在遇到危险的时候,突然起头,喷出“蛇信”,而且释放怪异的味道,以恐吓对手。

凤蝶Papilio lowis幼虫小时候拟态鸟屎(Pinterest图)

柑橘凤蝶幼虫遇到危险时候会挤出腺体,很像蛇吐出信子(图片来自网络)

No 3. 多变虫身,多变的策略

除了有毒、发臭、假眼、吐信装蛇之外,凤蝶的幼虫还有多变的自保策略。以橘子或花椒树上最常见的柑橘凤蝶为例。

柑橘凤蝶幼虫体态变化多端,刚刚生出的前四个阶段,体色黑黄白相间,形态如鸟粪,通过模拟鸟屎而减少鸟类等天敌的攻击;到了五龄之后,随着身体长大,以及体内激素的降低,幼虫体色逐渐转变为绿色,将自己隐藏(crypsis )在绿色的叶子之中,成了隐蔽山林的高仕。一旦遇到敌手,就会亮出武器,假装小蛇,吐信喷毒气,以吓退对手。可谓自然界的善变大师。

柑橘凤蝶的各龄期幼虫形态:A. 刚孵化取食卵壳的一龄幼虫;B. 伸出臭角的二龄幼虫;C. 三龄幼虫;D. 四龄幼虫;E. 伸出臭角的五龄幼虫;F, G. 五龄幼虫;H. 刚蜕皮(上)与老熟(下)的五龄幼虫。(图片来源:宜兰大学生物资源学刊)

No 4. 凤蝶一生的斗争历史

通过以上一些故事,我们大致了解了凤蝶幼虫阶段的用毒策略,那么整个凤蝶的的一生中它怎么实现万无一失的自保策略呢?这些策略又是如何演变,如何进化而来的呢?这才是这篇文章想给大家讲述的重点和传达的内容。

以上一些关于凤蝶防御的基础知识,易于理解。然而,蝴蝶属于完全变态的昆虫,它的一生要经历完全不同的四个生活阶段,卵、幼虫、蛹和成虫。在幼虫阶段,又需要多次蜕皮,有的高达七八龄,生活史相当复杂。如下图中则丽凤蝶,其一生的形态和颜色变迁,比魔术师还魔术师。

择丽凤蝶 (Papilio zelicaon)的生活史(卵、新生儿、L1, L2, L3, L4, L5世代、预蛹、蛹、雄性成虫、交尾、产卵)

在此,我们要抛出一个有趣的科学问题:在凤蝶进化过程中,每个阶段的进化关系是否是一致的呢?大自然用了什么样的代码和秘密来控制它们的发育和进化?

现代科学或者生态学、博物学(natural history),早已经进入了一个非常复杂的阶段,这个问题就是其中最常见的科学问题之一。只有具备了相当的背景知识,我们才能理解当今科学家到底在研究和思考一些什么东西。凤蝶科昆虫从毛毛虫到蝴蝶这一复杂的发育过程,生活史进化历程是否是恒一的?这样的问题通常难以理解,比较抽象,且相互关联在一起,只有具备了相当的基础知识,才便于理解。现代科学与公众知识间的巨大鸿沟,是我们现在开展科普与自然教育的巨大鸿沟。然而一旦进入这种进化理解思维,对大自然的认知就会进入到一个新的世界,异常精彩。言归正传,我们来谈谈毛毛虫一生中变幻莫测的防御策略。

前文中,我们已经讲述了凤蝶毛毛虫惯用的三种防御策略:伪装、隐蔽与警戒(masquerade, crypsis, and aposematism )。印度科学家利用64种凤蝶幼虫以及相关寄主的数据,做了一个有趣的分析,研究不同的凤蝶是如何选择防御策略的。

研究发现:第一阶段,在毛毛虫小时候有的是警戒色(橘红色),有的是隐蔽色(绿色),有的是伪装(蓝色),从系统树可知道,伪装和隐蔽色均是由警戒色进化而来的。(如下图所示)

不同低龄毛毛虫系统关系及其防御策略(橘红色是警戒色,绿色是隐蔽色,蓝色是伪装)

第二阶段,随着小毛毛虫的长大,其运动能力加剧,丰满多汁的毛毛虫,体色和形态也发生了变化,有的甚至是翻天覆地的变化。如下图右上角的这一类凤蝶,不少逐步从伪装转变成了隐蔽色,选择了隐藏自我的低调生活。从末龄幼虫的系统树,可知伪装可以进化成为隐蔽色。(如下图所示)

不同末龄(长大后)毛毛虫系统关系及其防御策略(橘红色是警戒色,绿色是隐蔽色,蓝色是伪装)

第三阶段,当毛毛虫已经储藏了足够的能量,化蛹的时候,毛虫几乎丧失了取食和运动能力,这个时候,神奇的事情发生了。几乎所有的蛹都蜕去毛虫时候的嚣张(艳丽的警戒色),而变成了低调的隐蔽绿色,隐藏在树叶之中,以免被天敌发现。结合上面和下面的系统树,我们可知,从毛虫到蛹的发育过程中,警戒色演化成为了隐蔽色。

不同凤蝶蝶蛹系统关系及其防御策略(绿色是隐蔽色)

为什么,凤蝶幼虫从出生到长大到化蛹成蝶会发生这种奇妙的防御策略转变呢?

印度科学家,分析了末龄毛毛虫的防御色彩,发现原来末龄毛虫的色彩与食物的毒性和背景色有关系。长大的毛毛虫,若以稀疏有毒的植物为食,那就倾向于警戒色;若以浓密无毒的植物为食,那就倾向于隐蔽色;而且在整个进化过程中, 表现出一种“隐蔽与伪装”和“警戒”之间相互转变的历史过程。

不同末龄毛毛虫防御策略与植物毒性和背景色间的系统关系 (内围点表示食物资源:黄色是有毒稀疏的植物,黑色是浓密无毒的植物)(外围点表示末龄毛虫防御策略:橘红色是警戒色,绿色是隐蔽色,蓝色是伪装)(字体颜色表示植物分布:紫色是温带植物,蓝色是热带植物,黑色是温带和热带均有分布的植物)

凤蝶斗争的哲学

综合描述上面这个毛虫 防御策略的生态与进化过程,就好比道家所谓的“阴阳”变化。

当植物进化出猛烈的毒素的时候,它就会减少叶片含量,形成稀疏有毒的生态环境;无毒的植物,往往会长出很多叶片,形成枝繁叶茂的生态环境。两种环境对于凤蝶幼虫是两种不同的选择。

凤蝶幼虫孵化之初,具有多种策略,隐蔽、伪装和警戒都可以选择。在它的运动能力较弱的时候,选择警戒色无疑是一种明智的策略。且凤蝶幼虫以此类植物为食,便会选择富集毒素,以警戒色警示鸟类等视力较好的天敌;

凤蝶生态与进化之间的相互关系就像阴阳系统一样循环(橘红色是警戒色,绿色是隐蔽色,蓝色是伪装)

随着毛毛虫的长大,它的运动能力大大增强,这个时候它也成长为一条肥美的肉肉,要么选择继续强化警戒能力,通过食物富集更多的毒素,增强恐吓能力;要么选择一条新的道路,蜕去警戒的惊艳色彩,选择绿色的隐蔽色,做一条低调的毛毛虫,以免受敌人之害;

当毛毛虫化蛹之时,蛹几乎失去了运动避敌的能力。这个时候,隐蔽于茂密的树丛中,一动不动的乖乖呆着,方为最佳策略。

凤蝶的发育、环境适应与进化,就好比两股力量,在这复杂的生态网络中,形成一个动态演化格局,如“阴阳两股力量”,统一、对立和互换,形成大自然的法则:道生一,一生二,二生三,三生万物。

作者: 刘光裕

来源:中国科学院西双版纳热带植物园

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:中科院之声

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微博关闭咪蒙、才华有限青年等账号 因贩卖焦虑情况严重

【TechWeb】2月21日消息,微博官方微博今日发文称,将落实对自媒体管理的相关管理要求,严厉打击通过“贩卖焦虑”以及其他通过消极低俗内容获取流量的行为。

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为此关闭了用户及社会反响强烈的,“贩卖焦虑”情况严重的账号:@才华有限青年@咪蒙 。 

今日早些时候,今日头条、凤凰网也宣布,对咪蒙等自媒体采取封禁、永久关闭处理。

此前,咪蒙因《一个出身寒门的状元之死》文章在微博发表道歉信,表示自2月1日起,微信公众号停更2个月,微博永久关停。

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今日,我们发现,“咪蒙”公众号已经注销,显示“该账号已自主注销,停止使用”。(周小白)

文章


《流浪地球》电影中有哪些情节需要一定的科学知识才能理解?

关于电影里的科学原理,其他同仁的回答已经非常丰富了。

对于小新而言,最为关注的是里面的“黑科技”神器。《流浪地球》的故事,就发生在50年后的未来,时间线与现实接轨,没有特别强的距离感、陌生感。领航员空间站、行星发动机、地下城、运载车……这些电影中的“神器”充满想象力和希望;但并非完全架空,而是能够与现实“隔空对话”,以当前的技术储备,并非遥不可及。

对比当下与未来,可以更好地理解电影中这些装备的原理,可以对当前的科技发展水平有更清晰的了解。

===============领航员空间站 VS 天宫空间站================

电影:领航员空间站

在电影中,领航员空间站承担了全球通信、信息存储、开辟道路等各项使命,成为地球上全人类的中枢平台和未来希望。

现实:“天宫”空间站

在现实中,由航天科技主导研发制造的中国“天宫”空间站,建成后将成为我国长期在轨稳定运行的国家太空实验室,国际科技合作交流的重要平台。

从尺寸上看,虽然没有领航者那么大,但是“五脏俱全”——

中国空间站额定乘员3人,乘组轮换时最多可达6人。

基本构型包括核心舱、实验舱I和实验舱II,每个舱段规模20吨级。

核心舱包括节点舱、生活控制舱(分为大柱段和小柱段)和资源舱三部分,有3个对接口和2个停泊口。

对接口用于载人飞船、货运飞船及其他飞行器访问空间站,停泊口用于两个实验舱与核心舱组装形成空间站组合体,另有一个出舱口供航天员出舱活动。

核心舱轴向长度16.6米,大柱段直径4.2米,小柱段直径2.8米,主要用于空间站的统一控制和管理,以及航天员生活,具备长期自主飞行能力,能够支持航天员长期驻留,支持开展航天医学和空间科学实验。

从功能上看,中国空间站具有鲜明的中国特色和时代特征——

可舱外活动。采用转位机构和机械臂结合,进行舱段转移、对接,在航天员和机械臂协同下,可以完成复杂舱外建造和操作活动。

  • 可扩展空间。建造规模适度,预留了舱段和舱外载荷平台扩展能力,最大可扩展3个舱段。
  • 可进行观测。设计新型平台装载大型光学设施,开展巡天和对地观测。
  • 可进行补给。与空间站共轨飞行,必要时可停靠空间站进行维护和补给,开辟了分布式空间站体系架构的创新模式。
  • 可科学研究。规划了密封舱内的科学实验柜、舱外暴露实验平台等,支持在轨实施空间科学、空间生命科学与生物技术、微重力基础物理、空间材料科学等众多领域的科学研究和应用项目。

值得关注的是,助力“地球”开启流浪之旅的火箭,不是什么“未来货”,而是现实中存在的——中国航天科工快舟火箭。《流浪地球》片名出现在快舟火箭基础级、末级包装箱上以及整流罩上。

===============行星发动机 VS 核聚变“人造太阳”计划===============

电影:行星发动机

影片中,人类为了推动地球离开太阳系,建造了1万多座行星发动机,高达11000多米,每台可产生150亿吨的推力,但所用的燃料只是石头,其原理是“重核聚变”,简单来说,即是将石头中所包含的元素进行核聚变反应。

在科幻世界中,核能是人类驰骋宇宙、穿越黑洞、空间跳跃等等高难度动作能源领域绝对的主力。20世纪人类最重大的发现之一——核反应可控核聚变被认为是有可能解决人类能源问题的“圣杯”。

现实:核聚变“人造太阳”计划

我国早在1983年便提出了“热中子反应堆——快中子增殖堆——受控核聚变堆”的核能三步走发展战略。在聚变堆阶段,位于中核集团核工业西南物理研究院的中国环流器二号A(HL—2A)装置正在承担国际热核聚变实验堆(ITER)计划相关的前沿物理问题与关键技术的科研任务,并实现了多个突破。

在西物院聚变所实验大厅,便能看到一个呈橘红色、椭圆形、放射状的庞大实验装置,这就是中国的“人造太阳”装置——“中国环流器二号A”。科学家计划用磁场把一团高温(上亿度)高压的等离子体“火球”悬浮起来,跟周边的任何材料不接触,这时就可以对等离子体加热、控制,以实现受控聚变反应而释放能量。这与太阳发光发热的原理相似,因此人们将这类装置称为“人造太阳”。

国际上通过合作和技术共享,共同进行核聚变研究。2006年,中国作为七方之一参与ITER计划,而中核集团西物院是中国加入ITER的重要技术支撑单位。十多年来,中国在受控核聚变方面开展了全面而深入的研究,核聚变科学和工程成果显著。在人类追逐“人造太阳”的路上,中国正从“追赶者”、“并跑者”,成长为具备强大国际输出能力的“领跑者”。

=====地下城 VS“地壳一号”万米钻探机+全球最大“地下城”武汉光谷======

电影:地下城

没有了太阳光照,流浪地球的气温急剧下降,人类只能依靠地球本身的热量。地核温度高达6000℃,地下拥有丰富的地热资源。因此,人类转入地下5000米的地下城。

现实:“地壳一号”万米钻探机

目前,由航天科工下属宏达集团和吉林大学共同研发制造的我国“地壳一号”万米钻探机已经挖到了地下8000米左右的深度。建造地下城,深度已经不成问题。

2018年7月,“地壳一号”正式宣布完成“首秀”:完钻井深7018米,创造了亚洲国家大陆科学钻井新纪录,标志着我国成为继俄罗斯和德国之后,世界上第三个拥有实施万米大陆钻探计划专用装备和相关技术的国家。

“地壳一号”万米大陆科学钻探钻机组装后约20层楼高,整个组件占地1万多平方米,钻进能力可达到1万米。科研团队自主研发、改进了该钻的高转速全液压顶驱系统、高精度自动送钻系统和起下钻自动排管系统等一系列关键技术,并采用国内领先的数控变频电动钻机技术(DBS),使其钻探能力达到世界先进水平。目前,“地壳一号”日钻进速度最快可达到265米,最快机械钻速可达到每小时28.8米。

现实:全球最大“地下城”

在地下,就可以满足生活的一切需求?不用等科幻,不用等未来,目前已经有了。

中国建筑承建的武汉光谷中心城正在建设3层的地下空间,空间之间互相连通,总建筑面积51.6万平方米,相当于72个足球场,建成后成为全球规模最大的单个地下空间项目。

  • 最下层:地铁轨道、地下停车、市政管廊安排有序,该区域将有地铁11号线、19号线等线路经过,地下空间设有4个地铁站;
  • 中间层:公共通廊配合商业体,让人们在不受风吹日晒的状态下惬意步行;
  • 最上层:公共绿地、广场和道路连为一体。

地下空间建成后将形成交通、购物、办公、娱乐、文化等设施齐全的地下城市,居住人口达40万。地下城包括下沉式广场,种植有花木,设置有喷泉等设施。4条地铁、地下走廊、2000个停车位、长23.5公里的综合管廊……市民不出地下空间,也能享受舒适生活。

===================运载车 VS 巨型卡车====================

电影:运载车

“道路千万条,安全第一条。行车不规范,亲人两行泪”成为了全网金句。伴随着这句警示语,《流浪地球》中的重型运载车成为出镜率非常高的道具了。已经踏上“流浪”旅途的地球,地表已经达到了-87℃。在这样的极端条件下,运载车依旧能够跨越山川完成各种任务。

现实:巨型自卸卡车

这是国家能源集团矿场使用的国产SF33900电动轮自卸卡车。卡车长13.645米、宽8.364米、高7.100米,平均年运行时间5702.38小时,空车重量166吨,额定载重量220吨,柴油箱容积3520L,最高车速64.5km/h。

此外,还有一种又大又快的卡车,长得非常像电影中的运载车……大家看看就好……

===============救援队机甲 VS 外骨骼机器人===============

电影:救援队机甲

电影中的救援队员,穿戴了非常先进的机甲,不仅可搭载通信器材、武器等多种装备,而且“力大无穷”。

但是,在影片拍摄过程中,演员不仅无法从机甲“借力”,还要以肉身扛起这身重量达60公斤的道具。

现实:外骨骼机器人

从现实的角度来看,电影中的这套外骨骼系统,可以发挥极大的作战价值。现代战争中,士兵需要承载的重量在逐步上升,但是人类的体力是有极限的;火力的密度也会越来越大,缺乏保护的士兵生存性越来越脆弱。因此,为未来的军队装备单兵外骨骼系统,就成了各国都在研究的方案。

上图中的这款穿戴式外骨骼助力机器人,是由中国兵器工业集团西北机电工程研究所研制的一种高端智能机器人装备。

系统兼具负重携行、托举搬运两种工作方式,可完成50kg负重行走、上下台阶、上下斜坡,以及45kg托举搬运等功能,可在1分钟内完成工作方式转换,以4km/h速度可在平地连续行走10km。行走、站立、转体、上下楼梯、上下斜坡……都可以实现!

而且,这套机器人折叠后可装箱运输,实乃行军作战、居家旅行的常备佳品!

当然,《流浪地球》里的“现实梗”,还有很多。国运兴,则文运兴。顶尖的中国科幻,背后是顶尖的中国科技,以及顶尖的中国企业。

掌声送给中国企业科技工作者们!

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:国资小新

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Gartner公布2018年第四季度全球智能手机市场份额,华为OPPO小米进前五

PingWest品玩2月21日讯,根据市场调查机构Gartner智能手机市场份额数据,2018年第四季度内全球智能手机销量增长陷入停滞,较上一年相比仅上涨0.1%,出货量达到4.084亿部。当季华为手机销量突破6000万部,其市场份额也从2017年第四季度的10.8%升至14.8%。Gartner的数据显示,小米手机在第四季度的表现总体持平,出货量略有下降。

Gartner表示,苹果公司当季创下自2016年第一季度以来的最大销量跌幅,下跌11.8%。不过苹果仍然占据15.8%的市场份额为全球智能手机市场第二,而韩国三星排名第一,其市场份额达到17.3%。


人的手抓握东西的原理是什么?以及机械手是如何创作出来的?

无论是手还是机械手,抓握的最基本原理是摩擦力。其伴随手的抓握动作对物体表面的压力而生,进而阻止物体与手相对运动,从而实现抓握。如此看来,娃娃机中的抓夹也可以看作是一种简单的机械手。

如此看来,机械手的创造方法也不难,就是模仿嘛!要是这样,文章就可以喊「卡!」了,但至少还有一个疑问:为什么我还没从娃娃机里抓到我心爱的娃娃?

因为手的抓握行为远远不止产生摩擦力这么简单。完成机械手抓握行为的复杂程度之高,甚至需要一门学科——仿生学来研究。仿生学,有这样一段傲娇的介绍:「这是一门古老而年轻的学科,迄今生物所具有的某些特定功能与性能仍是人工制造的机械所无法媲美的。」

机械结构运动控制两个方面来描述我所认识的机械手,作抛砖引玉之用。


机械结构——手指

除拇指有两节指骨外,其余四指均有三节指骨,由近及远被依次称为近节指骨、中节指骨和远节指骨,指骨之间为单轴关节。从机械原理上来看,可以抽象为转动副,仅有一个自由度。 指骨上还依附有指状鞘,使3节指骨的屈伸运动存在联系。考虑手的球形抓握和勾形抓握,指骨的节数通常不会减少。

由于空间限制,在设计和制作机械手时,为了给其他自由度(毕竟手总共有20多个自由度)腾出安装电机的位置,手指一般采用欠驱动。

1个微型电机+1条气动肌腱=1根手指

拇指以外的四指分工「相当明确」。食指在吃完吮指原味鸡之后用来舔一舔的,中指是为了表示不满的,无名指是用来戴戒指的,小指是用来翘兰花指的。可能有人不翘兰花指,所以,4指机械手和5指机械手都较为普遍。

机械结构——手掌

拇指与手掌之间是双轴鞍状关节,该关节是完成对掌动作的重要关节,其余四指与手掌之间也是双轴鞍状关节,实现屈伸和小幅度摆动。难道是为了偷懒?机械手设计制作中,拇指结构会得到重点关照,而其余四指则多数情况下会简化为仅实现屈伸的单轴转动。与手指活动一同实现。

手掌看似是一体的,但实际分别有 5 块掌骨与 5 指一一对应。目前,在机械手集成性的考量下,机械手手掌通常近似于一个长方体。但手掌在实际的抓握过程中,有较为明显的掌弓,其能增加抓握的稳定性。手掌上的掌纹不仅能算命哦,也是为抓握提供摩擦力的一大利器。

为了更接近真实的手掌情况,3D 扫描再进行增材制造成为手掌设计的一种新方法。

由此看来,机械手的机械结构部分,手指的研究已相对充分,结构相对成熟,而手掌部分则有待深入。另外,目前机械手对片状物体的抓握较为奇怪,如下图。至于是遗漏了哪个结构尚不得而知,如果有知友知道缘由,欢迎补充。


运动控制——动作响应

人的动作反应和感知都是受大脑控制的。但大脑中控制手部运动或感知的区域都似乎不成比例的大。早期的手部动作是通过运动学方程求出运动解。然后根据所要执行的动作,推算运动学反解,再控制电机驱动各关节,达到指定位置。由于运动学反解较为复杂,甚至存在无解的情况,使得机械手的响应速度较慢。另一种方法是示教,通过示教确定指令和动作之间一一对应的关系,当获取某一特定指令时,完成相对应的动作。这种方式则使得机械手仅能应对很小部分的场景,甚至抓取一个未知物体也十分困难。

随着AI的发展,机械手开始了自主学习,甚至能够活学活用,西家的机械手就有这样的功能。西门子中国研究院的研究人员已经开发出了一套算法,利用 Kinect 捕捉图像中的深度数据和红绿蓝(RGB)数据,分离目标物体与周围图像,代入基于极限学习算法的模型,克服了机器人必须自主决定正确的抓取手势和与目标物体的接触位置的难点。即使是未知物体也可以现学现抓。

在动作反应上,机械手的微型电机可由 PLC 控制,西家的 PLC 其相应速度已达毫秒级,与人脑反应速度已无明显差异。但初始位的差异仍十分显著。人手在完全放松的状态下,处于半蜷缩半舒展状态,即手既不呈手掌笔直的状态也不处于紧紧握拳的状态。而由电机控制的机械手则初始位大多处于手掌展开状态,同时,动作与动作之间需要回到初始位过渡,会影响机械手动作的响应速度和连贯性。

运动控制——传感

柱形抓握是机械手的基础动作。如果一个机械手不能进行柱形抓握,那么很难承认这个机械手研制成功了。即便如此,抓住近似圆柱形的矿泉水瓶,竟是很多机械手所无法完成的一项工作。原因在于早期的机械手传感能力弱,仅通过产生规定大小的压力,以确定是否抓握成功,而薄塑料制成的矿泉水瓶往往还未达到机械手施加的压力就产生了变形。

因此新一代的机械手加入位置、角度和力传感器,使机械手处于闭环控制中。美国宇航中心(NASA)的 Robonaut 机械手中安装了高达 43 个传感器。虽然就传感器数量,西家机械手相较 Robonaut 机械手不占优势,仅装配了17 个包含惯性传感和磁性传感两种功能的传感器,及指尖压电陶片,但西家的传感器小而强大,可产生对应准确压力值的不同频率和振幅的振动。一旦接收到这些数据,机械手就根据自身压力传感器返回的实时反馈,向物体施加适当压力。


最后,以西门子机械手为例,带大家了解下机械手的工作特性,以及有哪些应用场景吧。

西门子机械手采用压电液压原理,共4指、20自由度。其手指结构采用新型的线性绳基执行器,更灵敏,更好地平衡力与速度,从而实现快速而温和地操作。整个执行器封装于独立的金属外壳内,确保所有液压流体都包含在系统中,因此只需为其提供电力,而不必提供流体。此外,外壳保护执行机构免受灰尘、湿气或化学品等环境因素的影响。西门子机械手的传感器受液压与压电原件共同作用。在给定电压下,压电晶体会发生微小的偏转,再通过液压系统进行放大,使西家的机械手更加精确。

此外,西门子还致力于让机械手更聪明。西门子中国研究院开发的「数据手套」以捕捉和传递人手的运动、手势和压力,从而向机器人描述复杂的指令和展示安全处理各种物体的方法。同时,为了让机械手能真正地与人类并肩工作,西门子始终将安全将是一项重要的课题。研发基于阻抗控制理论的全新机械手控制机制,可以同时控制机械臂的位置和作用力。只要人为明确规定作用力的最大值,这种机器人就能够推算出最优运动,从而在保持高准确度的情况下成为安全的自主助手。

由于灵敏而精确运动的潜力,西门子机械手将为工业带来许多新的可能性,尤其是与自动化系统结合。例如,配备这种手的机器人系统可以用于人类「破坏性」或有潜在危险的领域,但不可或缺的领域,包括微芯片和半导体工业的洁净室、制药、医疗和食品工业的实验室,以及化学工业中潜在的不健康环境。

参考资料

  1. http://w1.siemens.com.cn/POF/2011autumn/future/3208.aspx
  2. https://www.siemens.com/innovation/en/home/pictures-of-the-future/digitalization-and-software/autonomous-systems-piezoelectric-robotic-hand.html
  3. https://wenku.baidu.com/view/bda864c3f5335a8103d22029.html
  4. 袁杰. 一种五指仿人灵巧手的结构设计及应用[D]. 上海大学, 2016.

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来源:知乎 www.zhihu.com

作者:西门子中国

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