隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 機(jī)器人技術(shù)也日益精進(jìn)

“機(jī)器人”一詞出現(xiàn)在1920年捷克科幻作家恰配克的《羅索姆的萬(wàn)能機(jī)器人》中，原文作“Robota”，后來(lái)成為西文中通行的“Robot”。自1961年，世界第一個(gè)全自動(dòng)機(jī)器人的誕生之日起，機(jī)器人就開(kāi)始在許多領(lǐng)域代替人類(lèi)完成各項(xiàng)工作，幫助人類(lèi)解決許多難題，并逐漸實(shí)現(xiàn)了一些人力無(wú)法達(dá)到的目標(biāo)，如在外太空或是深海中等不適人類(lèi)生存的環(huán)境進(jìn)行科考。隨著科學(xué)技術(shù)在廣泛交叉和深度融合中不斷創(chuàng)新，機(jī)器人技術(shù)也日益精進(jìn)，本文即對(duì)各國(guó)機(jī)器人技術(shù)的新發(fā)展進(jìn)行分類(lèi)介紹。

一、偵察機(jī)器人

球型變形偵察機(jī)器人

日本防衛(wèi)省技術(shù)研究本部尖端技術(shù)推進(jìn)中心正在研制“手投式偵察機(jī)器人”。這種小型偵察機(jī)器人可從窗戶(hù)投入敵人所在的建筑物內(nèi)，對(duì)室內(nèi)狀況進(jìn)行拍攝。早期的偵察機(jī)器人尺寸相當(dāng)于一個(gè)橄欖球，而新型機(jī)器人大小則只有壘球那樣大。內(nèi)置拍攝機(jī)的偵察機(jī)器人為一個(gè)11厘米大小的球體，重670克。在投入指定地點(diǎn)后會(huì)變形，前后兩端突出成為兩個(gè)輪子，可自由移動(dòng)并對(duì)活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行全方位拍攝。操作人員可以在20至30米外接收機(jī)器人傳輸?shù)膱D像和聲音。即使在黑暗的屋內(nèi)，機(jī)器人也可拍攝2至3米范圍內(nèi)的紅外圖像。這種機(jī)器人由防震橡膠制成，在投入時(shí)不會(huì)受到地面沖擊。同時(shí)，它還可以越過(guò)高2厘米的障礙，電池驅(qū)動(dòng)的使用時(shí)間為20至30分鐘。

這種偵察機(jī)器人準(zhǔn)備用于武裝人員進(jìn)入建筑物前的偵察活動(dòng)。比如當(dāng)核電站等重要設(shè)施被敵國(guó)占據(jù)，內(nèi)部情況不明，需要強(qiáng)行進(jìn)入時(shí)，就可以先將偵察機(jī)器人從建筑物窗口投入對(duì)設(shè)施內(nèi)部情況進(jìn)行偵察。該機(jī)器人還能從門(mén)縫和走廊死角進(jìn)行偵察，判斷是否有潛伏的敵人。在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，偵察機(jī)器人也可從縫隙中進(jìn)入廢墟，查看是否有被困人員。這種手投式偵察機(jī)器人具有可投擲、可移動(dòng)和搜集情報(bào)的功能。球形構(gòu)造目的是確保在投入時(shí)不致?lián)p壞。據(jù)測(cè)試，這種偵察機(jī)器人發(fā)出的聲音非常小，通常很難發(fā)覺(jué)。不過(guò)它的防水和防塵性能還有待提高。目前，防衛(wèi)省正對(duì)其性能進(jìn)行改良，以配備于實(shí)戰(zhàn)。

可以偽裝成蘋(píng)果手機(jī)的間諜機(jī)器人

美國(guó)一家機(jī)器人企業(yè)正在研發(fā)一種尺寸、外形接近蘋(píng)果6的超微間諜機(jī)器人“阿努拉”。“阿努拉”是一種可以折疊的、呈長(zhǎng)方形的旋翼4軸無(wú)人機(jī)，處于非使用狀態(tài)時(shí)，它的4個(gè)旋翼都可以折入機(jī)身，由此大大減小了體積，其尺寸與蘋(píng)果6接近，只是稍微厚實(shí)一些，能放入口袋中隨身攜帶。在使用時(shí)，“阿努拉”能通過(guò)wifi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與采用ios或安卓操作系統(tǒng)的手持智能設(shè)備配對(duì)，并將機(jī)載微型攝像頭拍攝到的畫(huà)面實(shí)時(shí)傳送 給智能手機(jī)或平板電腦。與此同時(shí)，特工可以通過(guò)智能手機(jī)或平板電腦對(duì)“阿努拉”進(jìn)行遙控。

目前，正在測(cè)試的“阿努拉”原型機(jī)的飛行時(shí)速為40千米，一次充電可連續(xù)飛行約10分鐘，最大飛行高度約為25米。除了具備拍攝功能外，特工使用的“阿努拉”還能充當(dāng)“空中電子獵犬”，可以追蹤或干擾附近的手機(jī)信號(hào)。“阿努拉”還可以按照事先設(shè)置好的線路自動(dòng)飛行并返航。“阿努拉”的制造成本不會(huì)超過(guò)200美元，其成本相當(dāng)?shù)土运浅＿m合軍方或情報(bào)機(jī)構(gòu)大批量采購(gòu)。

二、警用機(jī)器人

反恐防爆機(jī)器人

近日，美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局在一起追捕行動(dòng)中為避免警員進(jìn)入兇手家觸碰到危險(xiǎn)裝置，派出防爆機(jī)器人先行探測(cè)。這款防爆機(jī)器人外形類(lèi)似于一個(gè)小的軍用坦克，裝有攝像頭便于警方了解路線以及看到可能要面臨的危險(xiǎn)物品。此外，該機(jī)器人還擁有可被遠(yuǎn)程控制的多功能手臂，用來(lái)對(duì)危險(xiǎn)物品進(jìn)行操作。

機(jī)器人警察

在美國(guó)硅谷有24臺(tái)日夜巡邏的機(jī)器人警察Knightscope K5，這些機(jī)器人警察身高大約與5個(gè)足球相仿，重量約300磅，配有360度高清低光照視頻攝像頭和麥克風(fēng)、音頻探測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)車(chē)牌識(shí)別攝像頭、激光雷達(dá)設(shè)備、定向傳聲器、近距離傳感器、慣性測(cè)量裝置、輪測(cè)程裝置、緊急對(duì)講機(jī)，還具有熱成像和夜視及廣播功能。

K5可以利用大量的傳感器收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)一套預(yù)測(cè)性分析引擎進(jìn)行分析，該引擎可以與現(xiàn)有的企業(yè)、政府和眾包社交數(shù)據(jù)整合，判斷特定區(qū)域是否存在潛在安全威脅。K5還可以晝夜不停地巡邏，而且能在必要的時(shí)候自動(dòng)返回充電。

三、搜救機(jī)器人

四足救援機(jī)器人

日本電氣通信大學(xué)開(kāi)發(fā)的四足機(jī)器人，將機(jī)器人的腳落地時(shí)的沖擊力蓄積到彈簧上，然后像貓那樣靈活地移動(dòng)，力爭(zhēng)在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)用于跳躍瓦礫等障礙物以展開(kāi)搜索。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，研究人員借助貓行走的影像來(lái)分析其動(dòng)作，并通過(guò)組合彈簧和馬達(dá)來(lái)代替肌肉功能。這款機(jī)器人的移動(dòng)時(shí)速可達(dá)約3.5公里，今后還將在腿部的運(yùn)動(dòng)方面下工夫，進(jìn)一步加快速度。

澳大利亞啟用消防機(jī)器人

澳大利亞方面為消防隊(duì)配備了消防機(jī)器人，用來(lái)應(yīng)對(duì)各種緊急情況。從外形上看，消防機(jī)器有點(diǎn)像變形金剛，配合上一個(gè)高壓水炮，這款機(jī)器人也被稱(chēng)為渦輪輔助滅火機(jī)TAF-20。消防員可以在500米開(kāi)外的地方對(duì)它進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，保障消防員的安全。這款機(jī)器人擁有長(zhǎng)達(dá)90米的噴水能力，即使是泡沫也能夠被噴到60米開(kāi)外的位置，其內(nèi)置的一個(gè)高性能風(fēng)扇可以幫助消防員進(jìn)行很好的吹煙效果。除此之外，這款機(jī)器人還能夠從后面推動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)，從而可以在火災(zāi)時(shí)更大程度上挽回財(cái)產(chǎn)損失。

四、科考機(jī)器人

尋找火星洞穴中定居點(diǎn)的機(jī)器人

美國(guó)國(guó)家航空航天局已經(jīng)提供資金給科學(xué)家與工程師，期待他們開(kāi)發(fā)出一種可以深入火星洞穴的機(jī)器人探測(cè)器。這種探測(cè)器在潛入洞穴之前可以在火星表面做短途飛行，它采用彈簧和汽油動(dòng)力推進(jìn)器結(jié)合的方式可以在洞穴中錯(cuò)綜復(fù)雜的熔巖管道內(nèi)從一個(gè)地點(diǎn)跳躍到另一個(gè)地點(diǎn)，并在其中尋找適合航天員居住的地方，保護(hù)他們免受有害輻射的侵襲、火星表面隕石的撞擊以及極端溫度的快速變化?？茖W(xué)家還希望能從這些管道中了解更多關(guān)于火星氣候與地質(zhì)史的新細(xì)節(jié)。

執(zhí)行火星任務(wù)的超級(jí)人形機(jī)器人

除了探尋火星定居點(diǎn)，美國(guó)航空航天局（NASA）還在打造一款超級(jí)英雄機(jī)器人，以幫航天員到火星執(zhí)行任務(wù)。Valkyrie身上的胸徽類(lèi)似鋼鐵俠的胸徽，里面裝有線性驅(qū)動(dòng)器，可進(jìn)行腰部運(yùn)動(dòng)。此外，它身上還將安置聲吶和激光雷達(dá)傳感器，操作員也可通過(guò)安裝在它頭、手臂、腹部和腿上的攝像器觀察它的行為。目前，美國(guó)航空航天局就該計(jì)劃與兩所頂級(jí)大學(xué)麻省理工學(xué)院和美國(guó)東北大學(xué)進(jìn)行合作，深入研究該機(jī)器人的敏捷性和人工智能性。

五、服務(wù)機(jī)器人

蛋形機(jī)器人

日本廠商MJI Robotics在國(guó)際機(jī)器人展上展示了一款名為MJI Communication Robot的蛋形機(jī)器人。該款機(jī)器人配置了5英寸顯示屏，內(nèi)置電話功能，默認(rèn)狀態(tài)下，顯示屏顯示MJI的眼睛，也可以顯示照片以及天氣、新聞和其他信息。其大小與電茶壺基本相當(dāng)，重3公斤，支持WiFi和LTE連接，配置用于動(dòng)作追蹤、面部識(shí)別和監(jiān)控的攝像頭。MJI主要面向老年人以及需要簡(jiǎn)單人機(jī)交互界面操作科技設(shè)備的人群，借助語(yǔ)音技術(shù)，MJI無(wú)需用戶(hù)“動(dòng)手”即可收發(fā)短信、接打電話等。另外，MJI能用于監(jiān)控老年人，向相關(guān)聯(lián)系人報(bào)警。MJI Robotics還計(jì)劃提供面向兒童的教育、講故事功能以及智能家居功能。

平衡機(jī)器人

英特爾推出了一款平衡車(chē)——Segway Robot，它被稱(chēng)為是“私人運(yùn)輸車(chē)”。雖然它的外形看起來(lái)跟傳統(tǒng)平衡車(chē)沒(méi)什么差別，但卻可以通過(guò)一個(gè)按鈕將其變成一個(gè)私人機(jī)器人。Segway Robot平臺(tái)將對(duì)外開(kāi)放，這樣開(kāi)發(fā)人員就能開(kāi)發(fā)出各種各樣的程序來(lái)讓這款機(jī)器人去執(zhí)行不同的任務(wù)。

機(jī)器人行李箱

以色列一個(gè)公司發(fā)明了一款機(jī)器人行李箱，它可以通過(guò)攝像頭看到主人的位置，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙聯(lián)接，主人在前面走，行李就在旁邊或身后跟著走。

六、仿人形機(jī)器人

達(dá)爾文

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校機(jī)器人學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室的研究小組研發(fā)出一款名為達(dá)爾文的機(jī)器人，該機(jī)器人的一舉一動(dòng)都由數(shù)個(gè)擬神經(jīng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制著，通過(guò)使用增強(qiáng)學(xué)習(xí)技術(shù)，達(dá)爾文能夠模仿人類(lèi)兒童大腦的學(xué)習(xí)方式對(duì)不同情況作出不一樣的反應(yīng)。雖然機(jī)器人在平坦的地面行走沒(méi)有任何問(wèn)題，但當(dāng)任務(wù)一變量（如臺(tái)階或斜坡）出現(xiàn)時(shí)，它們就不知該如何應(yīng)對(duì)。為了能使機(jī)器人在復(fù)雜的環(huán)境中靈活應(yīng)變，加大伯克利分校的研究小組在達(dá)爾文上使用了通用型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上就是模仿人類(lèi)大腦進(jìn)行學(xué)習(xí)的算法。這些算法從一開(kāi)始就被設(shè)計(jì)成通用型的，它們不是具體的單一的走、握或洗碗動(dòng)作，而是能適用于所有這些動(dòng)作的算法。如果機(jī)器人能夠自我學(xué)習(xí)，那么它運(yùn)行所需的硬件控制人力投入就會(huì)減少，這樣就可以降低機(jī)器人的制造成本。加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家們希望能將擁有完全自主意識(shí)的機(jī)器人變成現(xiàn)實(shí)，使機(jī)器人能夠靈活地執(zhí)行很多只有人類(lèi)才能執(zhí)行的任務(wù)。

Walk-Man

意大利科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一款名叫Walk-Man的人形機(jī)器人，它能像人類(lèi)一樣運(yùn)用四肢，對(duì)周?chē)h(huán)境做出反應(yīng)，從而保持平衡?？茖W(xué)家希望它將來(lái)能承擔(dān)拆彈、救火等高危工作，使人類(lèi)不必以身試險(xiǎn)。

Walk-Man身高和臂展均有1.82米左右，體重118公斤，頭部配備了立體視覺(jué)設(shè)備和激光掃描儀，能夠進(jìn)行高速計(jì)算，行動(dòng)起來(lái)比較靈活。研究人員表示，我們的世界和環(huán)境被改造成符合人體特點(diǎn)，如果能讓機(jī)器人成功模仿人體結(jié)構(gòu)，事情就會(huì)容易得多。加強(qiáng)Walk-Man對(duì)周?chē)h(huán)境的辨識(shí)和認(rèn)知能力，可以放開(kāi)手腳，讓它獨(dú)立承擔(dān)任務(wù)，但是如果任務(wù)過(guò)于復(fù)雜，它還是需要有人進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。為了確保不出事故、維持平衡，Walk-Man會(huì)刻意犧牲一定的速度，所以行動(dòng)起來(lái)可能會(huì)比較緩慢。

可替代真人完成危險(xiǎn)工作的類(lèi)人遙控機(jī)器人

2010年至2015年間，俄羅斯非政府組織Android Technics與俄羅斯中央機(jī)械制造科學(xué)研究所在研發(fā)一個(gè)機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)，用于遠(yuǎn)程開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)時(shí)條件下在外太空控制和保養(yǎng)科學(xué)技術(shù)儀器及其它機(jī)器人。研究人員稱(chēng)，該復(fù)制控制模式使用到特殊服裝，能夠讓操作員感受到機(jī)器人控制工具時(shí)所用的力量，在控制Robonaut-2、Telesar V、SAR-400、SAR-401和Justin這些型號(hào)的機(jī)器人時(shí)使用。在遙控模式下能夠不間斷地控制機(jī)器人動(dòng)作。外骨骼技術(shù)還包括力量解決方案，用于增加人的肌肉力量。研究人員認(rèn)為，此次研發(fā)對(duì)月球和火星探測(cè)也具有現(xiàn)實(shí)意義，機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)可部署站點(diǎn)，準(zhǔn)備內(nèi)部艙室和外部基礎(chǔ)設(shè)施，維修設(shè)施結(jié)構(gòu)，而無(wú)需將人員置于可危及生命的條件中。

七、仿生機(jī)器人

竹節(jié)蟲(chóng)六腿機(jī)器人

德國(guó)比勒菲爾德大學(xué)研究人員先研究了竹節(jié)蟲(chóng)腿部運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后研發(fā)出一個(gè)可以走上樓梯并穿過(guò)多石地面的竹節(jié)蟲(chóng)機(jī)器人，將其命名為自主認(rèn)知六腳操控機(jī)器人。為了復(fù)制大自然的設(shè)計(jì)，這些機(jī)器人專(zhuān)家給它配上6條機(jī)器腿，使其可以順利通過(guò)粗糙地面。這些機(jī)器腿共有18個(gè)彈性很強(qiáng)的關(guān)節(jié)，每條腿都塞滿(mǎn)傳感器，這有助于竹節(jié)蟲(chóng)機(jī)器人得到關(guān)于地面的反饋信息，使其可以翻越前方物體，這些腿獨(dú)立控制，可確保這個(gè)機(jī)器人的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，每個(gè)關(guān)節(jié)都含有一個(gè)用來(lái)模擬竹節(jié)蟲(chóng)行為的驅(qū)動(dòng)器。比勒菲爾德大學(xué)研究人員認(rèn)為，他們制造的竹節(jié)蟲(chóng)機(jī)器人可能有助于開(kāi)發(fā)新類(lèi)型的自動(dòng)搜索和營(yíng)救車(chē)輛。這個(gè)自主認(rèn)知的六腳操控機(jī)器人可以運(yùn)載比它身體重最多3倍的貨物。它的外骨骼由碳纖維和塑料制作而成，只有26磅（約合12公斤）重，卻可負(fù)載66磅（約合30公斤）物體。因此，它還可令機(jī)器人在困難地形上運(yùn)載貨物，或幫助太空科學(xué)家探索其他星球。它的運(yùn)動(dòng)通過(guò)“生物啟發(fā)算法”進(jìn)行控制，這個(gè)算法是科學(xué)家根據(jù)竹節(jié)蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律開(kāi)發(fā)出來(lái)的。雖然它的驅(qū)動(dòng)器的彈性比得上生物系統(tǒng)中肌肉的彈性，但光彈性還不足以讓自主認(rèn)知六腳操控機(jī)器人有能力穿越一個(gè)有障礙物的自然環(huán)境。研究人員認(rèn)為，開(kāi)發(fā)一個(gè)在困難環(huán)境中協(xié)調(diào)自主認(rèn)知六腳操控機(jī)器人腿部運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)是其目前他們面臨的挑戰(zhàn)。

蟑螂機(jī)器人

受蟑螂行動(dòng)特征的啟發(fā)，俄羅斯加里寧格勒州研究人員已經(jīng)研制出一種蟑螂機(jī)器人，能夠掃描周邊環(huán)境并跟蹤周?chē)矬w。該機(jī)器昆蟲(chóng)可以每秒31厘米的速度行進(jìn)。每個(gè)蟑螂機(jī)器人身長(zhǎng)約10厘米，配備有光敏傳感器以及其它可探測(cè)障礙物的傳感器。當(dāng)前這款蟑螂機(jī)器人原型能一次性獨(dú)立活動(dòng)20分鐘，未來(lái)研究人員將改進(jìn)設(shè)計(jì)，盡可能延長(zhǎng)其活動(dòng)時(shí)間。研究人員還計(jì)劃增強(qiáng)該機(jī)器人的偽裝性，使其更難于被發(fā)現(xiàn)。

八、其它

四條腿球形機(jī)器人QRoSS

日本的研究者最近研發(fā)了一款讓人眼前一亮的可投擲球形機(jī)器人，它不僅外型類(lèi)似《星球大戰(zhàn)》中的殲滅者戰(zhàn)斗機(jī)器人（Droideka），還能夠以滾動(dòng)或行走的方式移動(dòng)。這部機(jī)器人名叫QRoSS，外殼采用了圓形設(shè)計(jì)，并由高耐久度的材料所制作而成。而其機(jī)身內(nèi)部還有四條機(jī)械腿，可自動(dòng)伸展并進(jìn)行四足運(yùn)動(dòng)。如果不想這么麻煩，QRoSS還能夠直接在地上滾動(dòng)。和同類(lèi)型機(jī)器人不同的是，QRoSS具備可投擲的特性，這也大大增強(qiáng)它的實(shí)用性，使其可以被用在許多危險(xiǎn)的環(huán)境當(dāng)中。

瑞士開(kāi)發(fā)四輪機(jī)器人可借螺旋槳?jiǎng)恿p松攀爬墻面

瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所迪斯尼研究院研究人員開(kāi)發(fā)了一款可以借助螺旋槳?jiǎng)恿牡孛鎸?dǎo)航開(kāi)始，爬上垂直墻體表面的四輪機(jī)器人，目標(biāo)是擴(kuò)展容易被墻面攔阻的輪式機(jī)器人的功能。這款機(jī)器人的原型大約60厘米長(zhǎng)，裝配了兩個(gè)螺旋槳作為動(dòng)力來(lái)源，允許其在遇到一堵墻的時(shí)候自動(dòng)轉(zhuǎn)換成攀爬模式。后面的輪子將機(jī)器人推上墻，前面的輪子則給出一個(gè)向上的拉力。碳纖維底板和3D打印部件幫助機(jī)器人減重到2公斤以?xún)?nèi)，如果稍微重一點(diǎn)的話可能導(dǎo)致機(jī)器人從墻上翻轉(zhuǎn)跌落到地面。雖然機(jī)器人的鋰電池只能持續(xù)10分鐘，但研究人員相信，這個(gè)普遍問(wèn)題會(huì)隨著電池領(lǐng)域的進(jìn)步得以解決。此外，螺旋槳系統(tǒng)的成功運(yùn)用解決了從垂直墻面到天花板的移動(dòng)難題。研究人員認(rèn)為，除了用來(lái)娛樂(lè)，這種攀爬能力對(duì)工業(yè)檢測(cè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)非常有用，或許還能用來(lái)制造真空吸塵器以及無(wú)人駕駛汽車(chē)。