智能制造+仿生学，蛇形机器人的N种打开方式
从展翅飞翔的小鸟，到形状各异的风筝，再到后来更为先进的飞机；从夜间疾飞的蝙蝠到军事、民航上至关重要的雷达系统……仿生学通过探索大自然中生物的运动方式和特殊功能，研究其背后的运动和控制原理，发明设计出了一系列基于生物模拟的先进科技产品。
这一次，脑洞大开的机器人制造商从一种令人毛骨悚然的生物——“蛇”上找到了灵感。
蛇形机器人，顾名思义是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人。由于它能像生物一样实现“无肢运动”，因而被国际机器人业界称为“最富于现实感的机器人"。日本东京科技大学于1972年研制出世界上第一条蛇形机器人，其速度可达40厘米/秒。
当代机器人的研究领域己经从结构环境下的定点作业向非结构环境下的自主作业发展。机器人被急切需要应用到环境复杂、高度危险和人类无法进入的场合完成作业。蛇的各种独特的运动特性恰好赋予蛇形机器人这种功能。
关于蛇形机器人的研究，美国和日本走在前列，此外加拿大、英国、瑞典、澳大利亚等国也都在开展这方面的技术研究。国内来看，CIROS2018机器人展上，新松蛇形臂机器人全球首发，一举成为现场业内人士关注的重点。
智能制造+仿生学，从具体应用来看，蛇形机器人已开发出N种打开方式。
充电“蛇”
▐ 特斯拉：机器人蛇形充电器
特斯拉在2014年年底发布了这款“坚固的金属蛇 ”机器人充电器的预告，然后在2015年年中作为功能原型展示，它承诺将拯救电动汽车的司机，使他们不必手动插入汽车充电器。
相反，机器人蛇形充电器基本上是一个分段的机械臂，末端有一个特斯拉充电连接器将蜿蜒地在人们的车库里开始工作。它会智能地找到后面板上的充电口，并将自己连接起来，以保持车辆的电池充满。
然而，该系统的试验一直被传已经悄然关闭。特斯拉CEO埃隆-马斯克上周（10月9日）在Twitter上发文称，自动充电器仍在研发中。
医疗“蛇”
▐ 英国帝国理工学院：手术用蛇形机器人进行解剖路径导航
英国帝国理工学院的数据科学研究所研制了一款名为“i-snake”的蛇形机器人，能灵活地运动，尤其是它能达到其他仪器到不了的解剖部位，目前也有很多手术用其进行解剖路径导航。科学家还在不断地改进i-snake，提高其精准度和灵活性，另外在尝试将蛇形机器人用到人体密闭空间内如脑部、心脏等手术。
▐ 清华大学：蛇形生物打印机器人进入人体治疗胃部伤口
清华大学的Tao Xu教授开发出了一种可以通过内窥镜插入病人胃中的蛇形机器人原型。这是一个德尔塔机器人，这意味着它的头部由一个刚性基座组成，周围环绕着三条独立运动的手臂。插入时，它会折叠成非常细的形状，然后在到达伤口部位时打开。一旦进入目标位置后，它的手臂就会挤出一根管子并挤压出两种水凝胶生物墨水--一种含有人胃上皮细胞，另一种含有人胃平滑肌细胞。之后，这些物质被沉积在两层独立的层上从而形成覆盖在伤口上的支架。
▐ Medrobotics公司可弯曲机器人The Flex：可在患者气管内移动
来自Medrobotics公司的可弯曲机器人The Flex已经参与了19例以上病人的手术，获得了头颈外科医生们的高度赞扬。
弯曲机器人The Flex 就如其名所示，是一种柔性管状机器人。医生将其插入患者的嘴巴，通过操纵杆来控制其移动。医生可通过前端有的摄像头在患者气管内移动机器人。因其可看到并到达非常难到达的解剖区域，这样就不用在患者下巴或其他位置进行切口手术了。这种方式不仅手术快速便捷，医疗成本更低，同时还不会给患者留下创口。
可弯曲机器人The Flex找到目标后，在主气管两侧塞入两个小管子使机器人变坚硬，从而为提供一个稳固的手术平台。医生可从工作台中切换包括手术刀、剪刀、镊子在内的各种工具。
巡检“蛇”
▐ 挪威科技大学水下蛇形机器人Eelume：检查、维护渗水设备
挪威科技大学（NTNU）的控股公司 Eelume 同挪威国家石油公司及Kongsberg Maritime（康斯伯格海事公司）合作研发推出水下蛇形机器人——Eelume。
Eelume采用仿生设计，细长灵活的结构特点可在水中灵活游动，可以在大型设备无法到达的区域进行工作，可以轻松地围绕目标建筑物进行检查，并可以自如的通过限制区域。并能够自动返回基站充电，充满后继续执行任务。
这种蛇形机器人通过远程遥控操作，可在水下执行对渗水设备或建筑的检查、维护和维修等任务，比如用于修复海底基础设施如海底管道和石油钻井平台等，减少用于支持远程操控潜水器（Remote Operated Vehicle，ROV）操作的大型船只的使用次数。可以永久性地部署在水下已有或新建的作业区域，根据计划或即时需求可完成的常规任务包括远程检查、清洁以及调节阀门或油嘴。
目前，上述三家公司已经签署相关协议，致力于推动水下新型技术的研发，以便缩减水下设备检查、维保等作业的费用支出。
▐ 日本Hibot公司蛇形检查机器人“Float Arm”：狭窄空间中进行远程作业
Hibot是一家机器人公司,成立于2004年,最初是由东京工业大学成立的。旨在通过机器人代替,使人们摆脱“肮脏”,“危险”和“严密”等极端环境的工作,他们正在创造全球基础设施发展的新趋势。
该公司的新型蛇型机械手“浮臂”(Float Arm)是一种全长5米的机器人,专为在狭窄空间中进行远程作业而开发。重量是25kg。通过独特的运动控制技术,可实现细长而灵活的动作,例如蛇形即使在狭窄且视野不佳的环境下,也可以进行高精度的检查和设备数据采集。
通过与AI数据平台“ HiBox”链接,AI可以应用于机器人收集的大数据,并且可以预测故障,缺陷和缺陷的可能性。另外,它可以轻松地与基础设施内运行的系统进行整合,可以应对各种应用环境。
通过灵活运用“Float Arm”,不仅可以减少以往为了检查而设置脚手架的时间,还可以从危险环境中的检查作业中解放劳动力。公司已经开始与大型OEM制造商、飞机、石油、天然气、化工厂行业的全球服务提供商合作。
救援“蛇”
▐ 英国OC Robotics公司蛇形机器人：进入核电站放射区域执行任务
蛇形机器人本身体形细小，在特别狭小的空间能发挥自身优势完成人难以短时到达的区域，能为抢险救灾节省宝贵的时间。
英国OC Robotics公司研制了一款蛇形机器人，头部可替换且用途多样，比如可以搭载摄像头进入核电站放射区域执行任务，或者在事故现场充满残害的区域灵活运动。
2017年6月份，GE航空集团宣布，收购英国老牌机器人制造商OC Robotics，该公司制造的可以在密闭和危险区域使用的蛇形机器人，如果将这种机器人，应用在GE航空航天、建筑、核能、石化和安全等多个行业，不仅效率提高，更能保证人员安全。
战争“蛇”？
▐ ZMEELOK-3M：远程操控城市和地下战斗
ZMEELOK-3M是设计用于城市救援的模块化平台，由RTK在俄罗斯开发。它还可应用到军事方面，比如机械传感器进入洞穴中，来侦察更多受伤的人。
这个蛇形机器人的创造力的一部分来自模块化设计，它的内部构造相同，每个模块重为12盎司，长度和直径都大约为3英寸。最前面的模块起着头部的作用，装有照明灯、照相机和其他传感器。
据RTK所说，模块的设计可以短至只有4个模块，长至具有15个模块。研发人员还表明，整个蛇形机器人可以通过任何一个模块进行控制，只要模块和远程操控员保持连接即可。
美国外交政策委员会的俄罗斯问题研究员Bendett说：“这样的机器人在城市和地下战斗中可以说是非常有价值的：它可以在其他小型履带式或轮式无人驾驶地面车（UGV）无法进入的地方爬行 。”
从现实来说，蛇形机器人独特的的身体结构带来更大的灵活性和运动空间的同时，也为设计蛇形机器人的运动控制模型提出了巨大挑战。例如水下蛇形机器人,由于环境的高度复杂性以及水下通信延迟的影响,使得对于蛇形机器人控制模型的设计、模型参数的优化更具难度。
由于在没有完全了解步态特性的情况下,不能直接将机器人控制模型用于样机的水下实验,因此,如何实现在水环境下高效、高机动性控制蛇形机器人是水下蛇形机器人研究领域的一个难点。
总体来说，蛇形机器人毫无疑问在各类应用场景中具有广大的想象空间，但技术的成熟落地从目前来看还任重道远。