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BEAM机器人

BEAM机器人是一类小型响应式机器人，由以施密特触发器为核心的模拟电路控制，不使用微处理器，不具有可编程能力。曾于1990年代末至2000年代初受到DIY社区和理工教育领域的关注，后随着微处理器变得廉价而走向没落。

概述

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1980年代后期，MIT教授罗德尼·布鲁克斯提出了响应式的和基于行为的机器人（英语：Behavior-based robotics）技术，提出无需先构建复杂的环境模型、再规划机器人行为，而是将机器人行为看作是从感知到执行的刺激响应，并将每一组从感知到执行的过程封装成一个“行为”（behavior）。[1]

1990年代，就职于洛斯阿拉莫斯国家实验室机器人工程师马克·蒂尔登（Mark Tilden）受到罗德尼·布鲁克斯的理论启发，与其同事开发出无微处理器的小型响应式仿生型机器人，用以执行执行单一动作。[2][3]蒂尔登将其机器人称为“BEAM”，取自生物学（Biology）、电子学（Electronics）、美学（Aesthetics）、力学（Mechanics）四词的首字母缩写。[4][5]BEAM机器人本质上是简单的电子模拟计算机控制的机器人，[6]，但被蒂尔登本人宣传成“活的机器”，并将机器人内核心为施密特触发器的模拟电路宣传成人脑的“神经网络”[7][8][9]。

BEAM机器人不使用微处理器和存储器，而是使用电阻、电容、晶体管、二极管等模拟电子元器件焊接搭建，有时也会加装寄存器和触发器等简单的数字电子元器件[10]。搭建上注重电子和机械设计，使用尽量少的电子元器件[10][11]，大多使用太阳能供电[3]，并鼓励使用废弃电子电机设备（WEEE）作元件[12]。

对比同时代基于微处理器搭建的机器人的昂贵价格，蒂尔登提出的BEAM机器人成本仅为15-40美元左右[13]，因而受到DIY爱好者的欢迎，并在爱好者社区内涌现出各型新式设计。同时也因为能锻炼学生的模拟电路设计、印制电路板焊接、机械组装等能力被引入理工教育领域[10]。后随着Arduino[14]和树莓派等廉价微处理器被应用到机器人DIY开发中，BEAM机器人不再受到DIY社区关注。而教育领域则转而使用可编程的乐高Mindstorms[10]。

参考

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  1. ^ Brooks, R. A robust layered control system for a mobile robot. IEEE Journal on Robotics and Automation. 1986, 2 (1): 14–23. doi:10.1109/JRA.1986.1087032. 
  2. ^ Chaotic Robotics. wired. 1994-09-01 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-21）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Robotics Scientists Develop Living Machines. Dateline Los Alamos. [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  4. ^ Wired to take on the world. herald scotland. 1996-03-10 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  5. ^ 机器人技术的奇妙未来 100欧元即可拥有. 新浪网. CHIP《新电脑》. 2005-06-24 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  6. ^ Rietman, Edward A.; Tilden, Mark W.; Askenazi, Manor. Analog computation with rings of quasiperiodic oscillators: the microdynamics of cognition in living machines. Robotics and Autonomous Systems. 2003-12, 45 (3-4): 249–263. doi:10.1016/j.robot.2003.08.002. 
  7. ^ Scientist makes robots without computer brains. CNN. 1998-04-30 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  8. ^ Researcher Turns to Ants for Answer to Robots’ Locomotion. LA Times. 1996-07-07 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  9. ^ Light Constructions - Researchers' "creatures" use neural networks that simulate animals' nervous systems. spie.org. 1999-07-01 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 10.3 Ruiz-del-Solar, J.; Aviles, R. Robotics Courses for Children as a Motivation Tool: The Chilean Experience. IEEE Transactions on Education. 2004-11, 47 (4): 474–480. doi:10.1109/TE.2004.825063. 
  11. ^ Deconstructing BEAM Robotics. azorobotics. 2022-02-11 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-22）. 
  12. ^ Boya-Lara, Carlos; Saavedra, Doris; Fehrenbach, Aaron; Marquez-Araque, Angel. Development of a course based on BEAM robots to enhance STEM learning in electrical, electronic, and mechanical domains. International Journal of Educational Technology in Higher Education. 2022-12, 19 (1): 7. doi:10.1186/s41239-021-00311-9. 
  13. ^ What Are BEAM Robots?. electronics360. 2017-07-11 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  14. ^ What are BEAM Bots?. digikey. 2019-07-15 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 

外部链接

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