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机器人即将迎来“腿时代”

http://www.sina.com.cn 2004年01月18日12:36 国际先驱导报

  “勇气”号火星探测器仍然依靠6个轮子前进,然而——

  像火一样,轮子是人类文明的一大根基,并始终推动着社会生产力不断进步。但科学家意识到,大自然对生物腿的设计也很高明,现代军事、航天机器人专家正在从生物界获得灵感,试图在技术上从轮子返回到腿

   国际先驱导报文章 随着高科技在军事领域的广泛应用,今天及未来的士兵在军事行动中往往携带着各种沉重的设备,有的重达100磅,令士兵们叫苦不迭。

  一种从轮到腿的循环

  为减轻士兵的负荷,美国军方在考虑研制能帮士兵运载装备的自动机械。但军事科学家们担心,单单依靠轮子运动的机器人并没有实际价值,因为它们无法跟随士兵跋山涉水、穿林越岭。

  要让机器人穿越艰难地形,它们就需要有腿——也许需要四条腿。美国坦克及机动车辆司令部(英文缩写TACOM)最近拨款225万美元给两个机器人技术公司,要求这两家公司设计出一种能在战斗中运输军火、食物和其他供给的大型机器狗原型。

  这两份合同只是五角大楼更大规模“仿生机器人军事计划”的一部分。受美国防部委托的一些科学家们正在研究蜂群和狼群现象,试图找到能让军事机器人“同心协力”合作的方法。此外,还有人造蛇、人造龙虾、人造苍蝇以及人造象鼻管等,这些发明都从动物那里获得了设计灵感。

  “我们几乎走了一个循环。”TACOM科学家保罗·蒙克说,“华盛顿时期我们使用骡子和马来运输军事装备。后来我们使用货车。再后来我们使用装甲车和坦克。现在我们可能又将回到四条腿时代。”但目前这个“四条腿”之梦并不能轻易实现。要制造出能正常工作的机械腿是相当艰巨的任务。转动轮子很简单,但要让一组机械腿能弯曲、能攀高以及能保持机器主干平衡,却相当艰难。

  轰鸣的“机器狗”未必高效

  “我们目前还处在金字塔底部,”从TACOM拿到75万美元合同的Yobotics公司总裁本·库鲁伯说,“要让机器狗能跑过停车场而不摔倒,的确很困难。”

  经过数十年研究,微型商业机器狗现在已经能够在一个平滑表面上奔跑。但军事机器狗的设计却面临重大难题,因为它们要穿越崎岖的地形。库鲁伯说:“你可能会说,在它身上装一个内燃机不就行啦?但是,装备内燃机的机器狗在街上奔跑时会发出高达110分贝的噪音。除非电池技术突飞猛进,否则我们就不可能设计出一种性能稳定的机器狗。”

  每当机器人要采取一个步骤时,它的计算机“大脑”就需要给一系列发动机下达运转指令,其效率难以令人满意。动物的行为机制却非如此。机器腿技术的倡导者马克·赖伯特认为,可以通过让机器狗模仿动物行为来节省大量能源。

  赖伯特说:“凭借对周遭环境的物理特征所做出的反应,动物的头脑指引着其躯体行为。如何在躯体、头脑和计算机大脑之间找出和谐之处,这是机器狗计划所面临的真正挑战。”

  迈步前行还需三维视觉

  跑动并非仅仅是甩腿,每一步都是一套细小动作的循环。近些年来,相关领域的研究者们已经获得一定进展,他们已在一定程度上懂得如何把这些细小动作组合成一些大的动作。卡内基梅隆大学的豪伊·乔塞特教授就因此受到美国海军资助,设计出一种能检查船舶发动机的长虫式带轮机械象鼻管。军方之所以对乔塞特等人的工作感兴趣,是因为在军方看来,受动物启发设计出的机械能完成有轮机械不能完成的工作。

  尽管军方对各种军事计划的投资热情高涨,但蒙克指出,由于机器狗计划面临的困难太多,军方对该计划的热情正慢慢冷却。蒙克说:“因此当前对机器狗的研究主要是一种技术示范,目的是为了赢得军方更多投资。”

  机器狗实际性能发挥的好坏主要取决于它们的观察能力如何。对人和狗来说,凭借感官功能和直觉来认知障碍并规避障碍是很简单的事情,但对机器狗来说却非易事,它们很难具备“深度知觉”也即在三维空间中感知空间关系(尤其是物体间距离)的能力。

  为解决这一难题,赖伯特求助于拉里·马蒂斯,后者在美国国家航空航天局喷气推进实验室中领导着一个机械视觉小组。马蒂斯的小组已经找到一种能让机器人具备三维空间观察能力的方法:两个独立照相机对同一场景摄像取景。左边相机中的每一个像素与右边相机中的每一个像素配合起来。这样这两张图像就可以创造出一种“深度知觉”,其原理如同多年前出现的3-D电影技术。目前正在火星执行探测任务的“勇气”号探测器所使用的视觉技术正是马蒂斯小组提供的。(张柯)

  链接:机械龙虾与机械昆虫

  龙虾能安然游动在波涛汹涌的海水中,即使在茫然未知的海底深处它也能迅疾行动。据悉,美国海军已拨款资助对机械龙虾的研究,希望这种军用产品能探测海岸线附近的水雷。而在敌人老巢中当一只“墙壁上的苍蝇”,是天下特工人员长久以来的梦想,因此美国国防部高级研究计划局也正投资研究机械昆虫的设计。

  声明:《国际先驱导报》授权新浪网独家报道


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