學術(shù)英語閱讀材料(雙語)

學術(shù)英語閱讀材料

Passage1

海底管道設(shè)計與安裝介紹

Whereastheinstallationofpipelinesforthetransportationofliquidsoverland

maybetracedbacktoantiquity,theestablishmentofmarinepipelinesisamore

recentdevelopmentofthelatterpartofthetwentiethcentury.Thefuellineinstalled

acrosstheEnglishChannelin1944tosupplythealliedtroopsduringtheNormandy

landingsisoftencitedasthefirstexample.Infact,beforethewarsmalldiameteroil

exportlineshadalreadybeeninstalledinshallowwatersofftheUSGulfcoast,and

possiblyalsoinCaddoLake(Louisiana),offCaliforniaandintheCaspianSea,where

offshorehydrocarbonexplorationbegan.

雖然用于在陸地上運輸液體的管道的安裝可以追溯到古代，但海洋管道的建

立是二十世紀后半葉的最新發(fā)展。1944年在英吉利海峽安裝的燃料管線在諾曼

底登陸期間供給盟軍，通常被認為是第一個例子。事實上，在戰(zhàn)爭之前，小直

徑石油出口線已經(jīng)安裝在美國墨西哥灣沿岸的淺水區(qū)，也可能安裝在卡多多湖

(路易斯安那州)，加利福尼亞州和里海的海上油氣勘探開始。

Thefirstoil-producingwell'outofsightofland'(intheMexicanGulf)was

drilledin1947,thefirstpipelaybargecommissionedin1952,andthefirstpipeline

laidontheseabedin1954.Separatetallyingofoffshorepipelinesdidnotstartuntil

1968,butduringthefollowingthreedecadesitisestimatedthatcloseto90000kmof

marinepipelineswereinstalledfbrthetransportationofhydrocarbons,with

approximately5000kmbeingaddedeachyear.Themajorityofthepipelinesystems

arelocatedintheheavilydevelopedregionsoftheArabianGulf,theGulfofMexico

andtheNorthSea.

第一個產(chǎn)油井”在土地之外"(墨西哥灣)于1947年鉆探，1952年投產(chǎn)的第一

艘鋪管駁船，1954年第一條鋪設(shè)在海床上的管道。海上管道的單獨統(tǒng)計沒有從

1968年開始，但在接下來的三十年中，估計為運輸碳氫化合物安裝了近9萬公里

的海上管道，每年增加約5000公里。大多數(shù)管道系統(tǒng)位于阿拉伯海灣，墨西哥

灣和北海的發(fā)達地區(qū)。

Marinepipelinescanbedividedintodifferenttypes.Relativelyshortandsmall

diameterpipelinesthattransportcrudehydrocarbonsfromawellheadtoaproduction

orseparationfacilityaredesignatedflowlines,whereasthetermexportpipelinesis

appliedtothelinesthattransporttheproducedhydrocarbons.Oftensmalldiameter

servicelineswilltransportauxiliarymedia（e.g.corrosioninhibitors,liftgasor

injectionwater）intheotherdirection,whereasumbilicalsprovidepowerand

signalling.Interfieldpipelinesisthegenerictermforlinesusedtotransferoil,gasor

waterbetweenoffshoreinstallationswithinalimitedarea.Transmissionpipelinesor

trunklinestransportlargequantitiesofoilorgasfromanoffshorecomplextoshoreor

betweentwolandmasses.

海洋管道可分為不同類型。將原油從井口輸送到生產(chǎn)或分離設(shè)施的相對短

而小直徑的管道是指定的輸送管線，而輸出管道這一術(shù)語適用于輸送生產(chǎn)的碳氫

化合物的管線。通常小直徑的服務(wù)管線將輸送輔助介質(zhì)（例如腐蝕抑制劑，提

升氣體或注入水）在另一個方向，而臍帶提供電力和信號。場間管道是用于在

有限區(qū)域內(nèi)的海上設(shè)施之間轉(zhuǎn)移石油，天然氣或水的管線的通稱。輸送管道或

干線將大量的石油或天然氣從海上綜合體輸送到岸上或兩個陸地之間。

Apipelinesystemisdefinedasapipelinesectionextendingfromaninletpoint,

typicallyanoffshoreplatformoranonshorecompressorstation,toanoutletpoint,

typicallyanotheroffshoreplatformoranonshorereceiverstation,andtheinterfacesof

thepipelinedesignnormallyfollowthisdefinition.Exceptionalcasesarespurlines

connectedtoamaintrunklinebyteesorwyes,andpipelinesterminatingatsubsea

completions.Normally,facilitiestolaunchvehicles（pigs）forcleaning,batching,and

internalinspectionofthepipelineareprovidedattheinletpoint,whereastheoutlet

pointhasthefacilitiestoreceivethesetools.

管道系統(tǒng)被定義為從入口點（通常是海上平臺或陸上壓縮站）延伸到出口點

（通常是另一個海上平臺或陸上接收站）的管道部分，并且管道設(shè)計的界面通常

遵循此定義。特殊情況是通過發(fā)球臺或天線連接到主干線的支線和終止于海底

完井的管道。通常，在入口點處提供用于清潔，配料和管道內(nèi)部檢查的運載車

輛（豬）的設(shè)施，而出口點具有接收這些工具的設(shè)施。

Exceptionsmayincludesmalldiameterflowlinesorservicelines,orpipelines

transportingnon-corrosivemedia.Figure1.1presentsaschematicoutlineofatypical

pipelinesystem,inthiscaseatransmissionpipelinefromanoffshoreplatformtoan

onshoretreatmentplant.

例外情況可能包括小直徑的流線或服務(wù)線，或運輸非腐蝕性介質(zhì)的管道。圖

1.1給出了典型管道系統(tǒng)的示意圖，在這種情況下是從海上平臺到陸上處理廠的

輸送管道。

Themarinepipelinesystemdesignandinstallationcoversthemarinepipeline

proper,platformrisers,tie-inandspoolconnectionparts,hydrostatictesting,possible

subseavalveorbranchassemblies,thecorrespondingprotectionworks,aswellasthe

activitiesconductedinassociationwithstart-upofproduction.Anumberofareasmay

beidentifiedforspecialemphasis,suchascrossingsofotherservices(cables,

pipelines),particularlyhazardouszonesofintensefishingormarinetraffic,

particularlysensitiveenvironmentalareas,etc.

海洋管道系統(tǒng)的設(shè)計和安裝包括海洋管道，平臺立管，連接和閥芯連接部件，

水壓試驗，可能的海底閥門或分支組件，相應的保護工作，以及與啟動相關(guān)的活

動。生產(chǎn)?？梢源_定一些特別重點的區(qū)域，例如其他服務(wù)(電纜，管道)的交

叉口，特別是強烈捕撈或海上交通的危險區(qū)域，特別是敏感的環(huán)境區(qū)域等。

Asmentionedabove,theconstructionofmarinepipelinestookoffinthe1970s,

andliteratureonthetechnologystartedtoappearinthenextdecade,aprominent

examplebeingOffshorePipelineDesign,Analysis,andMethods(Mouselli1981).A

fewyearslaterAdvancesinOjfshoreOilandGasPipelineTechnology(delaMare

1985)followed-acollectionofcontributionsonvariousaspectsofthesubject.

Duringthesubsequentdecades,however,thedevelopmentofmarinepipeline

technologyhasmainlybeenreportedatconferences,suchastheannualOffshore

TechnologyConference(OTC),thebiennialInternationalConferenceonOffshore

MechanicsandArcticEngineering(OMAE),theannualOffshorePipeline

Technology(OPT)EuropeanSeminar,andthebiennialPipelineProtection

Conference.Othersourcesofinformationarelecturecoursesbut,likeconference

proceedings,thedocumentationisnotreadilyavailabletothepublic.Recent

exceptionsarePipelinesandRisers(YongBai2001),whichgivesacomprehensive

overviewofdesignmethodsbasedupontwodecadesofresearchandteaching

experience,andSubseaPipelineEngineering(PalmerandKing2004).Thelatter

scholarlymonographcoversmuchthesamegroundasthisbook,buthasless

emphasisonpracticalconstructionissues.

如上所述，海洋管道的建設(shè)在20世紀70年代起飛，關(guān)于該技術(shù)的文獻開始出

現(xiàn)在未來十年，一個突出的例子是海上管道設(shè)計，分析和方法(Mouselli1981)。

幾年后，海上石油和天然氣管道技術(shù)的進展(delaMare1985)緊隨其后-收集

了有關(guān)該主題各方面的貢獻。然而，在隨后的幾十年中，海洋管道技術(shù)的發(fā)展主

要在會議上報告，例如年度海上技術(shù)會議(OTC),兩年一次的海洋力學和北極

工程國際會議(OMAE),年度海上管道技術(shù)(OPT)歐洲研討會和兩年一度的

管道保護會議。其他信息來源是講座課程，但與會議論文一樣，公眾無法隨時獲

取文件。最近的例外是PipelinesandRisers(YongBai2001),它基于二十年的

研究和教學經(jīng)驗以及海底管道工程(Palmer和King2004)全面概述了設(shè)計方法。

后一篇學術(shù)專著與本書大致相同，但對實際建筑問題的重視程度較低。

Thisbookaddressessystemlayoutdetermination,wallthicknessdesign,route

selection,fabrication,installationandtie-inmethods,andpre-commissioning

methodologies.Themainemphasisisonstructuraldesignandconstruction,i.e.the

assuranceandverificationthatasafeandreliablepipelinesystemisestablished,once

thebasicparametershavebeenselected.Systemdesign(flowandcapacity

calculations)andoperationalissuesaretreated,butnottothesamelevelofdetail.

本書涉及系統(tǒng)布局確定，壁厚設(shè)計，路徑選擇，制造，安裝和搭配方法以及

預調(diào)試方法。主要重點是結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造，即一旦選擇了基本參數(shù)，就建立了

安全可靠的管道系統(tǒng)的保證和驗證。系統(tǒng)設(shè)計(流量和容量計算)和操作問題

都得到了處理，但沒有達到相同的細節(jié)水平。

Thetextisdescriptiveinthesensethatdifferentmethodsandproceduresare

reviewed,andnormativeinthesensethatspecificrequirementsarestatedand

numericalcoefficientsproposed.Thetermmarineimpliesthatthepipelinesare

operatingunderwater,includingstraits,estuariesandlargerivers.Thescopeincludes

deepwateraswellasshallowwaterinstallations.Themainemphasisison

transportationofhydrocarbons(oil,gasormulti-phase),butalsomediasuchaswater,

slurryandcarbondioxidearecovered.However,issuesspecificallyrelatedtothe

transportationofpotablewaterarenotincluded.Thescopeislimitedtopressure

containmentsteelpipelines,includingflexiblelines;thusalthoughplasticor

cementitiousmaterialsmaybeusedformarinecrossingsorcoastaloutlets,such

pipelinesarenotcovered,exceptbyextension.Thesameholdsfbrumbilicalsand

cables,where,forexample,issuesrelatedtosubseacouplingsarenotaddressed.

該文本是描述性的，即審查不同的方法和程序，并在規(guī)定具體要求和提出數(shù)

值系數(shù)的意義上規(guī)范。"海洋''一詞意味著管道在水下運行，包括海峽，河口和

大型河流。范圍包括深水和淺水設(shè)施。主要重點是碳氫化合物(石油，天然氣

或多相)的運輸，但也包括水，泥漿和二氧化碳等介質(zhì)。但是，不包括與飲用

水運輸有關(guān)的問題。范圍僅限于壓力密封鋼管，包括柔性管線；因此，雖然塑

料或水泥材料可用于海上過境點或沿海出口，但除了延伸外，這些管道不會被覆

蓋。對于臍帶和電纜也是如此，例如，與海底聯(lián)接有關(guān)的問題沒有得到解決。

Thetextisdividedintoelevenchapters.FollowingthisintroductoryChapter1,

thebasesfordesignarereviewedinChapter2,includingtheoverallrequirementsto

functionandenvironmentalimpact,theflowcalculations,andthegeotechnicaland

environmentalsiteinvestigations,leadingtothefinalrouteselection.Chapter3

introducestopicalmaterials:ontheonehandtheseabedsoil(naturalorengineered),

ontheotherhandthelinepipesteel,aswellassacrificialanodesandmaterialsfor

coating,fittingsandothercomponents,etc.

該文本分為十一章。根據(jù)第1章的介紹，第2章將對設(shè)計基礎(chǔ)進行評估，包

括對功能和環(huán)境影響的總體要求，流量計算以及巖土工程和環(huán)境現(xiàn)場調(diào)查，從而

選擇最終路線。第3章介紹了外用材料：一方面是海底土壤（天然或工程），另

一方面是管線鋼，以及犧牲陽極和涂層材料，配件和其他組件等。

Chapter4specifiestheloads,whicharedividedintofunctionalloads（internal

pressureandtemperature）,environmentalloads（principallywavesand

current）,accidentalloads（naturalforcesandthirdpartyinterference）,andloads

incurredduringinstallation.RiskandsafetyaretreatedinChapter5,theadopted

safetyformatbeinglimitstatedesigncombinedwithriskassessmentandanalysis,

andoperationalriskmanagementisdiscussed.

第4章規(guī)定了載荷，它們分為功能載荷（內(nèi)部壓力和溫度），環(huán)境載荷（主

要是波浪和電流），意外載荷（自然力和第三方干擾）以及安裝過程中產(chǎn)生的載

荷。風險和安全在第5章中處理，采用的安全格式是限制狀態(tài)設(shè)計，結(jié)合風險評

估和分析，并討論操作風險管理。

DesignaspectsaredescribedinChapter6,whichstartsbyintroducingthe

relevantcodesandstandards,aswellasthetopicalserviceabilitylimitstatesand

ultimatelimitstates.Thesedesignaspectscoversteelpipes,includingyielding,

buckling,burstingandfatigue,pipelinestabilityontheseabed,includingfree

spanning,expansionandbuckling,aswellascorrosionpreventionbycoatingand

cathodicprotection.Chapter7dealswiththefabricationofindividualpipejoints,

whichincludeslinepipeproduction,sacrificialanodemanufacture,anti-corrosion

coatingandinsulation,anodeinstallationandconcretecoating.Pipelineinstallationin

shallowordeepwateristreatedinChapter8.Thisinvolvesassemblyofthejointsinto

pipestrings,whichareinstalledbypipelaying,reeling,towingordirectionaldrilling,

followedbytrenchingandbackfilling,asrequired.Separatesectionsdescribe

crossings,shoreapproaches,riserinstallationsandtie-ins,andprecommissioning

activities.Therequirementstoqualitycontrolanddocumentationthroughoutthe

designandinstallationprocessarereviewedinChapter9.

設(shè)計方面在第6章中描述，第6章首先介紹相關(guān)的代碼和標準，以及主題適用

性限制狀態(tài)和最終限制狀態(tài)。這些設(shè)計方面涵蓋鋼管，包括屈服，屈曲，爆裂和

疲勞，海床管道穩(wěn)定性，包括自由跨越，膨脹和屈曲，以及通過涂層和陰極保護

防止腐蝕。第7章涉及單個管道的制造接頭，包括管線生產(chǎn)，犧牲陽極制造，防

腐涂層和絕緣，陽極安裝和混凝土涂層。在第8章處理淺水或深水中的管道安裝。

這涉及將接頭組裝成管柱，通過管道鋪設(shè)，卷取，牽引或定向鉆孔安裝，然后根

據(jù)需要進行挖溝和回填。單獨的部分描述了交叉口，岸上方法，立管安裝和搭接

以及預先調(diào)試活動。第9章將回顧整個設(shè)計和安裝過程中對質(zhì)量控制和文檔的要

求。

Fittingsandothercomponents,suchasflanges,tees,valvesandother

appurtenancesareincludedinthechaptersmentionedabove,whereasthespecial

conditionsrelatedtoflexiblepipelinesaretreatedseparatelyinChapter10.In

additiontoadescriptionoftheflexiblepipestructure,thisinvolvesacomplete

overviewofdesign,fabricationandinstallation,aswellastestingandqualificationof

materialsandprototypes.Thefinalchapterdealswiththeoperationofpipeline

systems,includingcommissioning,inspection,maintenanceandrepair.

配件和其他部件，如法蘭，三通，閥門和其他附件，包括在上述章節(jié)中，而

與柔性管道相關(guān)的特殊條件在第10章中單獨處理。除了對柔性管結(jié)構(gòu)的描述外，

包括設(shè)計，制造和安裝的完整概述，以及材料和原型的測試和認證。最后一章

涉及管道系統(tǒng)的運行，包括調(diào)試，檢查，維護和維修。

TheGlossaryandnotation(seepagesxvi-xlii)explainsmorethan200special

termsastheyareusedinthetext,definesallacronyms(referringtoarelevantsection

forfurtherinformation)andidentifiesthefrequentlyusedsymbols.Unlessotherwise

indicated,SIunitsareusedthroughout,andallformulaearedimensionallycorrect.

詞匯表和符號(參見第xvi-xlii頁)解釋了200多個特殊術(shù)語，因為它們在文

本中使用，定義了所有首字母縮略詞(參考相關(guān)章節(jié)以獲取更多信息)并標識常

用符號。除非另有說明，否則始終使用SI單位，并且所有公式在尺寸上都是正

確的。

ThevolumeisconcludedbyaBibliographyandReferences,dividedinto

regulatorydocuments(codes,standards,recommendations,guidelines)andother

references(monographs,papers,reports)citedinthetext.TheIndexisdividedintoa

SubjectIndex,listingpagesgivinginformationonthesubjectmatter,andanAuthor

Index,listingpageswhereeachcitedauthorismentioned.

該卷由參考書目和參考文獻結(jié)束，分為文件中引用的監(jiān)管文件(代碼，標準，建

議，指南)和其他參考文獻(專著，論文，報告)。索引分為主題索引，列出

提供主題信息的頁面，以及作者索引，列出每個引用作者的頁面。

Passage2

Insectsandinspiredartificialrobot

昆蟲與啟發(fā)人工機器人

Thecreationofartificialdeviceswithlife-likecharacteristicshasbeenpursued

forover2000years,beginning,asdidsomanythingsinourmodernworld,in

AncientGreece.Forexample,amongtheinventionsofHeroofAlexandriawerea

windmill-operatedpipeorganandamechanicaltheatricalplay.

與古希臘現(xiàn)代世界的許多事物一樣，人類裝置的創(chuàng)造已經(jīng)追溯了2000多年。

例如，亞歷山大英雄的發(fā)明之一是風車操作的管風琴和機械戲劇。

Withtheriseofcyberneticapproachesinthelate1940sandearly1950s,awide

varietyofelectromechanicalmachinesdesignedtomimicbiologicalprocessesand

systemswereconstructed.Perhapsthebest-knownandmostdirectlyrelevantto

bioroboticsisW.GrayWalter'sroboticHtortoisesnElsieandElmer.Walterwasa

physiologistwhomadeimportantearlycontributionstoelectroencephalographyand

clinicalneurophysiology.Histortoisesweresmallmobilerobotscoveredbyahard

shell.Therobotsweredrivenbysteerablemotorizedwheelsandpossesseda

headlight,alightsensor,andatouchsensorthatrespondedwhentheshellwashit.

Theirbehaviorwascontrolledbyelectroniccircuitanaloguesofneuralcircuits.The

behavioralrepertoireofthetortoisesincludedexploration,bothpositiveandnegative

phototropisms,andobstacleavoidance.Theactivationofthesedifferentbehaviorsin

interactionwiththerobots*environmentcouldproduceavarietyofbehavioral

sequences.AlthoughoriginallydesignedtoexploreWalter'stheoriesofbrainfunction,

thetortoisesbecameobjectsofpopularfascinationinmuchthesamewaythatancient

automatadid.

隨著20世紀40年代末和50年代初的控制論方法的興起，構(gòu)建了各種用于模擬

生物過程和系統(tǒng)的機電機器。也許最著名和最直接相關(guān)的生物機器人是W.格雷

沃爾特的機器人“烏龜”艾爾西和埃爾默。沃爾特是一位生理學家，他為腦電圖和

臨床神經(jīng)生理學做出了重要的早期貢獻。他的烏龜是由硬殼覆蓋的小型移動機器

人。機器人由可操縱的電動輪驅(qū)動，并擁有前燈，光傳感器和觸摸傳感器，當殼

體被擊中時它們會響應。它們的行為由神經(jīng)回路的電子電路模擬控制。烏龜?shù)男?/p>

為表現(xiàn)包括探索，正向和負向向性以及避障。在與機器人環(huán)境的交互中激活這些

不同的行為可以產(chǎn)生各種行為序列。雖然最初的目的是探索沃爾特的腦功能理

論，但是龜類成為流行的魅力對象，就像古代自動機一樣。

Theseedsofthemodernrenaissanceofbioroboticsweresownfromthemid

1980stothemid1990s.AkeyeventinthisresurgencewasRodneyBrooks'workon

behavior-basedrobots.Althoughnotasdirectlybasedonbiologyaslaterworkwould

be,Brooksarguedthatnontrivialandflexiblebehaviorinarobotcouldbegenerated

bytheinteractionbetweensimplecontrolmachineryanditsenvironment,

demonstratinghispointwithrobotsaccomplishingsuchtasksasinsect-likewalking.

AnotherimportantmilestonewasRaiberfsworkonhoppingandleggedrobots,which

emphasizedthecentralroleofenergeticsinthedynamicbalanceandlocomotionof

animals.Arkin,buildingonearlierworkbyMichaelArbib,developedacontrol

architecturefbrreactiverobotsbasedonschematheory.Basedonstudiesof

serpentinemotion,Hirosedevelopedanumberofsnake-likelocomotorsand

manipulators.Intheearly1990s,Beer,Quinn,Chiel&Ritzmanndevelopedaseries

ofhexapodrobotsbaseddirectlyonthebodymorphologyandneuralcontrolof

cockroachandstickinsectwalking(thelatter,likemanyhexpodrobots,basedonthe

workofbiologistHoikCruse).Inaddition,Triantafyllou&Triantafylloubuiltaseries

ofveryefficientswimmingrobotsbasedonstudiesofthehydrodynamicsoffish

swimming.EarlybioroboticworkonthesensorysideincludesFranceshini'srobotic

compoundeyebasedonstudiesofinsecteyesandmotion-sensitiveneuronsinthefly,

Webb'sroboticmodelofcricketphonotaxis,Grassoetal'sroboticmodeloflobster

chemicalorientationstrategies,andSahabot,whosenavigationbypolarizedlight

compasswasinspiredbystudiesofhomingbehaviorinthedesertant.Anearly

exampleofrobotswhosecontrolwasbasedontheoriesofhumanbrainfunctionis

givenbytheworkofEdelmanetal.

現(xiàn)代生物機器人復興的種子從20世紀80年代中期到90年代中期播種。這次復

蘇的一個關(guān)鍵事件是羅德尼布魯克斯在基于行為的機器人方面所做的工作。雖然

不像以后的工作那樣直接基于生物學，但布魯克斯認為，機器人中的非平凡和靈

活的行為可以通過簡單的控制機械與其環(huán)境之間的相互作用產(chǎn)生，證明了他對機

器人完成昆蟲般行走等任務(wù)的觀點。。另一個重要的里程碑是Raibert關(guān)于跳躍

和腿式機器人的工作，強調(diào)了能量學在動物的動態(tài)平衡和運動中的核心作用。

Arkin在MichaelArbib早期的工作基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種基于模式理論的反應式機

器人控制架構(gòu)?；趯ι咝芜\動的研究，Hirose開發(fā)了許多類似蛇的運動器和操

縱器。在20世紀90年代早期，Beer,Quinn,Chiel和Ritzmann開發(fā)了一系列六足

機器人直接基于蟬螂和棒狀昆蟲行走的身體形態(tài)和神經(jīng)控制(后者像許多六足機

器人一樣，基于生物學家HoikCruse的工作)。止匕外，Triantafyllou和Triantafyllou

基于對魚類游泳的流體動力學的研究，建造了一系列非常高效的游泳機器人。感

覺方面的早期生物反應工作包括Franceshini的機器人復眼，其基于昆蟲眼和飛行

中運動敏感神經(jīng)元的研究，Webb的蟋蟀聲學機器人模型，Grasso等人的龍蝦化

學定向策略機器人模型，以及Sahabot,其導航偏光指南針的靈感來源于對沙漠

螞蟻歸巢行為的研究。Edelman等人的工作給出了一個早期的機器人實例，其控

制基于人類大腦功能理論。

Therehasbeenanexplosionofworkinbioroboticsinrecentyears,withrobotic

vocaltracts,jaws,retinas,expressivefaces,hands,arms,legs,etc.deployedon

roboticworms,snakes,ants,flies,crickets,cockroaches,walkingstickinsects,

dinosaurs,bats,lobsters,tuna,pickeral,turkeys,apesandhumanoids.Inaddition,

thereiscloselyrelatedworkonswarmrobotics,developmentalrobotics,and

evolutionaryrobotics.Thus,nobriefintroductioncouldpossiblydojusticetothe

rangeofworkcurrentlybeingundertaken.

近年來，仿生機器人的工作大量增加，機器人聲帶，下巴，視網(wǎng)膜，表情，

手，胳膊，腿等部署在機器人蠕蟲，蛇，螞蟻，蒼蠅，蟋蟀，蜂螂，拐杖上昆

蟲，恐龍，蝙蝠，龍蝦，金槍魚，pickeral,火雞，猿和類人生物。此外，還有

關(guān)于群體機器人，發(fā)展機器人和進化機器人的密切相關(guān)工作。因此，沒有簡短

的介紹可能對目前正在進行的工作范圍公正。

Arecentexampleofbiologically-inspiredroboticsisSpenkoetal'sworkona

hexapedalroboticclimbercalledRiSEwhich,likeanumberofbiologically-inspired

leggedrobots,isbasedinpartonworkbythebiologistRobertFull.Inordertogripa

verticalsurface,thisrobotcombinesbothbondingmechanismsinspiredbythe

structureofgeckofeetandinterlockingmechanismsinspiredbythestructureofinsect

spinesandclaws.Inaddition,itsdesignisbasedonasetofprinciplesthathavebeen

foundtobecommontomanyclimbinganimals:asprawledposturekeepsthebody

closetothesurfacesoastoreducethepitch-backmoment;frontlimbspullinward

andrearlimbspushoutwardsoastocounteractthepitch-backmoment;alongbody

reducesthepull-inforcerequiredofthefrontlimbs;lateralforcesactinwardtoward

thecentralaxisofthebody;compliantlegs,anklesandtoessoastodistributecontact

forces.EachofthesixlegsofRiSEhavetwodegreesoffreedomandtherobotalso

possessesastatictailthatpressesagainstthesurfacetoreducethepull-inforces

requiredofthefrontlegs.Therobotusesawavegaitinwhichonlyonelegatatime

isliftedfromthesurface.Inadditiontoanopen-loopgaitgenerator,RiSEutilizesa

varietyoffeedbackcontrollers,includingtractionforcecontrol,normalforcecontrol

andgaitregulation.Inaddition,therobothasapawingbehaviorthatallowsafootthat

failstograsponinitialcontacttoreestablishagripontheclimbingsurface.Spenkoet

al.havedemonstratedthatRiSEisabletotraverseavarietyofhorizontalandvertical

surfaces,includingclimbingtreesandbrickorcinderblockwalls.

最近一個生物學啟發(fā)的機器人技術(shù)的例子是斯賓科等人關(guān)于一個叫做‘攀

升’的六角機器人登山者的研究，它像許多生物學啟發(fā)的腿式機器人一樣，部分

基于生物學家羅伯特?福爾的工作。為了抓住垂直表面，這個機器人結(jié)合了靈感

來自壁虎腳結(jié)構(gòu)的粘合機制和受昆蟲刺和爪子結(jié)構(gòu)啟發(fā)的互鎖機制。止匕外，它的

設(shè)計基于一系列原則，這些原則已被發(fā)現(xiàn)是許多攀爬動物的共同點：一種蔓延的

姿勢使身體靠近表面，以減少俯仰力矩;前肢向內(nèi)和向后推動四肢向外推，以抵

消俯仰力矩;長身體會減少前肢所需的拉力;側(cè)向力向內(nèi)朝向身體的中心軸線作用;

柔順的腿，腳踝和腳趾，以分配接觸力?！噬牧鶙l腿中的每條腿都具有兩

個自由度，并且機器人還具有壓在表面上的靜態(tài)尾部，以減小前腿所需的拉入力。

機器人使用波浪步態(tài)，其中一次只有一條腿從地面抬起。除了開環(huán)步態(tài)發(fā)生

器，‘攀升，還使用各種反饋控制器，包括牽引力控制，法向力控制和步態(tài)調(diào)

節(jié)。此外，機器人具有爪子行為，其允許在初始接觸時未能抓住的腳重新建立攀

爬表面上的抓握。斯賓科等人已經(jīng)證明，攀升，能夠穿越各種水平和垂直表面，

包括爬樹和磚塊或煤渣砌塊墻

Apowerfulexampleofbioroboticmodelingisprovidedbytheaerodynamicsof

insectflight.Althoughquasi-steady-stateaerodynamicalanalysesofthesortusedto

understandaircrafthavebeensuccessfullyappliedtolargeranimals,theyhavenot

beenverysuccessfulforexplainingthegenerationofliftinsmallflyinginsectsdueto

thetinywingspans,relativelyslowflightspeedsandextremelyfastwingmovements

involved.However,arecentbioroboticmodelbyDickinsonandcolleagueshasbegun

toshedconsiderablelightontheunsteadyaerodynamicsinsectflight.Becauseofthe

delicatesizeandhighspeedofinsectwings,directmeasurementoftheforces

involvedisextremelydifficult.Forthisreason,aroboticmodelwitha60cm

wingspanwasusedtoexplorethenon-steady-stateairflowduringhoveringbythe

fruitflyDrosophilamelanogaster.InordertoreproducetheReynoldsnumber(ratio

ofinertialtoviscousforces)relevanttosmallinsectsflyinginair,theirmodelwas

submergedinmineraloilandscaledbothinspaceandtime.Forcesensorsatthebase

ofonewingalloweddirectmeasurementoftheforcesproducedandilluminationof

airbubblesinthetankalloweddirectobservationofthefluidflowaroundtherobotic

wings.Dickinsonandcolleaguesfoundthatthreemajormechanismscontributedto

liftgenerationinthemodel.First,vorticesformedattheleadingedgeofthewing

produceliftduringmuchofthepowerstroke.Second,additionalliftisproducedby

circulationofairaroundthewingsduetorapidrotationatthebeginningandendof

eachstroke.Third,furtherforcesareproducedatthestartofeachupstrokeand

downstrokeduetocollisionsofthewingswiththeswirlingwakeproducedbythe

previousstroke,amechanismtermedwakecapture.Duetothesensitivityofthelatter

twomechanismstothetimingofwingrotation,themodelsuggeststhatthecontrolof

smalldetailsofwingmotioncanbeusedinsteeringflight.

昆蟲飛行的空氣動力學提供了一個有效的生物學建模實例。盡管用于理解飛

機的準穩(wěn)態(tài)空氣動力學分析已成功應用于較大的動物，但由于翼展很小，飛行速

度相對較慢，它們在解釋小型飛行昆蟲升力方面并不十分成功。涉及極快的機翼

運動。然而，狄金森及其同事最近的一個生物模型已經(jīng)開始對不穩(wěn)定的空氣動力

學昆蟲飛行有相當?shù)膯l(fā)。由于昆蟲翅膀的精細尺寸和高速度，直接測量所涉及

的力是非常困難的。出于這個原因，使用具有60厘米翼展的機器人模型來探索黑

腹果蠅懸停期間的非穩(wěn)態(tài)氣流。為了重現(xiàn)與在空氣中飛行的小昆蟲相關(guān)的雷諾數(shù)

(慣性與粘性力的比率)，他們的模型浸沒在礦物油中并在空間和時間上進行縮

放。在一個機翼底部的力傳感器允許直接測量產(chǎn)生的力，并且罐中氣泡的照射允

許直接觀察機器人機翼周圍的流體流動。狄金森及其同事發(fā)現(xiàn)，三種主要機制

有助于模型中的升力產(chǎn)生。首先，在機翼前緣形成的渦流在大部分動力沖程期間

產(chǎn)生升力。其次，由于在每個沖程的開始和結(jié)束時的快速旋轉(zhuǎn)，通過翼周圍的空

氣循環(huán)產(chǎn)生額外的升力。第三，由于機翼與先前行程產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)尾流的碰撞，在

每次上行程和下行程開始時產(chǎn)生進一步的力，這種機制稱為尾流捕獲。由于后兩

種機制對機翼旋轉(zhuǎn)時間的敏感性，該模型表明對機翼運動的小細節(jié)的控制可用于

轉(zhuǎn)向飛行。

Passage3

Rapid,Urban,andFlexible

快速，城市和靈活

Thecarissopopularthatitisabouttostrangleitselfinsuccess.Ontheother

hand,traditionalbus/traintransitsystemsaresounattractivethattheywillneverbe

abletobecomearealalternativetothecarinasocietywherethereisfreedomof

choice.Somethingnewhastobeinvented.Somethingwhichisasflexibleasthecar,

butasefficientasthetrainregardingcapacityandenvironmentalimpact.ADual

Modesystemisabletoofferthisnewcombination.

這款車是如此受歡迎以至于扼殺了自身的成功。在另一方面，傳統(tǒng)的公共

汽車/火車運輸系統(tǒng)如此缺乏吸引力，以至于在有選擇自由的社會中，它們永遠

無法成為汽車的真正替代品。必須發(fā)明一些新東西。像汽車一樣靈活的東西，

但與火車的容量和環(huán)境影響一樣高效。雙模式系統(tǒng)能夠提供這種新組合

Moderncitiesareverylowdensity.Peopleprefertohavespacearoundthem.It

isgoodforthechildrenandyouhavemoreprivacythaninhighrisebuildings.The

consequenceis,thattravelpatternsareverydiffusebothintimeandinspace.People

aretravelingfromeverywheretoeverywhereandatthetimetheychoosetotravel.

Thismakesitextremelydifficulttotransportpeoplewithtraditionaltransit.Normally

peoplearenotwillingtowalkmorethan400mtoastation,soaLightRailsystem

willonlyappealtoaminorpartofthetravelors.Inthefigurethegreylinesarethe

demands,theredlines(10%)arethedemandsthatcanbemetbytheLightRail

system.ADualModesystemlikeRUFisabletocoverwidespreadcities.Forthat

reasonitisabetteralternativetothecarthantraditionaltransit.

現(xiàn)代城市的密度非常低。人們更喜歡在他們周圍留出空間。這對孩子們有

好處，你比高層建筑更隱私。結(jié)果是，旅行模式在時間和空間上都非常分散。人

們從各地到各地旅行，當時他們選擇旅行。這使得運輸傳統(tǒng)交通的人變得極其

困難。通常人們不愿意走400多米到一個車站，所以輕軌系統(tǒng)只會吸引一小部分

的開發(fā)商。在圖中，灰線是需求，紅線(10%)是輕軌系統(tǒng)可以滿足的要求。像

RUF這樣的雙模式系統(tǒng)能夠覆蓋廣泛的城市。因此，與傳統(tǒng)的運輸相比，它是

汽車的更好替代品

Thevehiclesdrivemanuallyafewkmonordinaryroadsinordertogettotherail

system.Thedriverprogrammestheruftoknowitsdestinationandthisinformationis

transferredtothesystemwhenthevehiclegetsneartothemonorail.Thesystem

guidesthevehicletoentertheguidewaywithoutwaitingandat30km/h.Fromthere

onthedrivercanrelaxuntilhegetclosetohisdestinationwherehetakesovercontrol

againanddrivesmanuallytohisdestination.Themainpartofthetripisautomated

andthesystemknowswhentoturnrightorleftandwhentogetoff.Theautomated

partisverysafeandenergyefficient.Thetravelspeedistypically120km/hon

average.Traveltimesareshortandpredictable.

車輛在普通道路上手動行駛幾公里以便到達鐵路系統(tǒng)。駕駛員對ruf進行編

程以了解其目的地，并且當車輛靠近單軌列車時，該信息被傳送到系統(tǒng)。系統(tǒng)

引導車輛無需等待即可以30公里/小時的速度進入導軌。從那里開始，司機可以

放松，直到他靠近他的目的地，在那里他再次接管并開車到目的地。行程的主

要部分是自動化的，系統(tǒng)知道何時向右或向左轉(zhuǎn)彎以及何時下車。自動化部件

非常安全且節(jié)能。行駛速度通常為120公里/小時。旅行時間短且可預測。

TheRUFsystemwillbeimplementedasanetworkofguideways.Atypical

mesh