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BEAM機械人

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BEAM機械人是一類小型響應式機械人，由以施密特觸發器為核心的模擬電路控制，不使用微處理器，不具有可程式能力。曾於1990年代末至2000年代初受到DIY社區和理工教育領域的關注，後隨着微處理器變得廉價而走向沒落。

概述

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1980年代後期，MIT教授羅德尼·布魯克斯提出了響應式的和基於行為的機械人（英語：Behavior-based robotics）技術，提出無需先構建複雜的環境模型、再規劃機械人行為，而是將機械人行為看作是從感知到執行的刺激響應，並將每一組從感知到執行的過程封裝成一個「行為」（behavior）。[1]

1990年代，就職於洛斯阿拉莫斯國家實驗室機械人工程師馬克·蒂爾登（Mark Tilden）受到羅德尼·布魯克斯的理論啟發，與其同事開發出無微處理器的小型響應式仿生型機械人，用以執行執行單一動作。[2][3]蒂爾登將其機械人稱為「BEAM」，取自生物學（Biology）、電子學（Electronics）、美學（Aesthetics）、力學（Mechanics）四詞的首字母縮寫。[4][5]BEAM機械人本質上是簡單的電子模擬計算機控制的機械人，[6]，但被蒂爾登本人宣傳成「活的機器」，並將機械人內核心為施密特觸發器的模擬電路宣傳成人腦的「神經網絡」[7][8][9]。

BEAM機械人不使用微處理器和存儲器，而是使用電阻、電容、電晶體、二極管等模擬電子元器件焊接搭建，有時也會加裝寄存器和觸發器等簡單的數字電子元器件[10]。搭建上注重電子和機械設計，使用儘量少的電子元器件[10][11]，大多使用太陽能供電[3]，並鼓勵使用廢棄電子電機設備（WEEE）作元件[12]。

對比同時代基於微處理器搭建的機械人的昂貴价格，蒂爾登提出的BEAM機械人成本僅為15-40美元左右[13]，因而受到DIY愛好者的歡迎，並在愛好者社區內湧現出各型新式設計。同時也因為能鍛煉學生的模擬電路設計、印製電路板焊接、機械組裝等能力被引入理工教育領域[10]。後隨着Arduino[14]和樹莓派等廉價微處理器被應用到機械人DIY開發中，BEAM機械人不再受到DIY社區關注。而教育領域則轉而使用可程式的樂高Mindstorms[10]。

參考

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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]. （原始內容存檔於2023-03-21）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Robotics Scientists Develop Living Machines. Dateline Los Alamos. [2023-03-08]. （原始內容存檔於2023-03-08）. 
  4. ^ Wired to take on the world. herald scotland. 1996-03-10 [2023-03-08]. （原始內容存檔於2023-03-08）. 
  5. ^ 机器人技术的奇妙未来 100欧元即可拥有. 新浪網. CHIP《新電腦》. 2005-06-24 [2023-03-08]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2023-03-08）. 
  8. ^ Researcher Turns to Ants for Answer to Robots’ Locomotion. LA Times. 1996-07-07 [2023-03-08]. （原始內容存檔於2023-03-08）. 
  9. ^ Light Constructions - Researchers' "creatures" use neural networks that simulate animals' nervous systems. spie.org. 1999-07-01 [2023-03-08]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2023-03-08）. 
  14. ^ What are BEAM Bots?. digikey. 2019-07-15 [2023-03-08]. （原始內容存檔於2023-03-08）. 

外部連結

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