未來機(jī)器人改變生活

陸地：幫助駕駛汽車

先由人設(shè)定粗略的目標(biāo)，再由機(jī)器人完成精細(xì)的工作，在此過程中，人可以隨時(shí)調(diào)整“粗略”和“精細(xì)”之間的界限：這一概念被稱為“共享自主權(quán)”，已經(jīng)在太空探索和外科手術(shù)領(lǐng)域得到了驗(yàn)證，在其他領(lǐng)域也出現(xiàn)了越來越多的應(yīng)用，一個(gè)最好的例子就是汽車駕駛。汽車駕駛領(lǐng)域?yàn)楹涡枰獧C(jī)器人，根本原因其實(shí)都是一樣的，因?yàn)闄C(jī)器人對(duì)某些事情可以作出更好的反應(yīng)，例如在汽車遇到危險(xiǎn)時(shí)，需要進(jìn)行非?？焖俣珳?zhǔn)的調(diào)整，在這一點(diǎn)上人的反應(yīng)往往比不上機(jī)器人。此外，有了機(jī)器人，駕駛員的負(fù)擔(dān)也可以大為減輕。

目前還有一個(gè)問題不是很清楚：如果在“共享自主權(quán)”的行駛狀態(tài)下發(fā)生交通事故，誰(shuí)應(yīng)該對(duì)事故負(fù)責(zé)？不過，這樣的問題也只能暫時(shí)延緩機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入汽車領(lǐng)域。美國(guó)內(nèi)華達(dá)州和加利福尼亞州已經(jīng)率先允許自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)入公共交通系統(tǒng)。最重要的是，電動(dòng)汽車為全新的汽車概念提供了契機(jī)。比如我們的電動(dòng)概念汽車其中就引入了很多來自火星車和月球車的技術(shù)。

電動(dòng)概念汽車不再使用方向盤，取而代之的是類似大型客機(jī)的操作桿。有前后兩個(gè)座位，4 個(gè)車輪，每個(gè)車輪都獨(dú)立整合了驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、減震、剎車等功能。特別是，每個(gè)輪子都可以獨(dú)立于其他輪子單獨(dú)轉(zhuǎn)向，因此可以實(shí)現(xiàn)橫向停車，甚至可以在原地旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)汽車使用的制動(dòng)系統(tǒng)是“制動(dòng)能量回收系統(tǒng)”，即在汽車制動(dòng)時(shí)，通過一臺(tái)發(fā)電機(jī)，將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲(chǔ)到蓄電池中；在緊急情況下，還會(huì)再加入機(jī)電制動(dòng)。

向電動(dòng)概念汽車下達(dá)行駛指令的方式有兩種。一是通過操縱桿發(fā)送指令，駕駛員當(dāng)然也可以在遠(yuǎn)處遙控；第二種方式是通過“路徑規(guī)劃”，這是一個(gè)車載計(jì)算機(jī)程序，可以在特殊情況下預(yù)先設(shè)定好一個(gè)大致目標(biāo)，讓電動(dòng)概念汽車自動(dòng)行駛。實(shí)際上電動(dòng)概念汽車并非直接聽從這些指令，它首先會(huì)獲取一張可以描述周圍環(huán)境的圖片。在電動(dòng)概念汽車車身周圍，科學(xué)家一共安裝了18部立體照相機(jī)，通過照相機(jī)獲取的信息，再用一種特定算法，每秒鐘最多可以生成10幅散點(diǎn)圖。散點(diǎn)圖中的每一個(gè)點(diǎn)，都代表了一個(gè)可能的障礙物；通過對(duì)比上一張散點(diǎn)圖和當(dāng)前的散點(diǎn)圖，系統(tǒng)就可以知道車身與周圍物體是否存在碰撞的可能。最后，只有當(dāng)電動(dòng)概念汽車確定不會(huì)和周圍事物發(fā)生碰撞時(shí)，它才會(huì)執(zhí)行相應(yīng)指令。一個(gè)名為“避讓助手”的系統(tǒng)也是基于前面提到的那種算法，目前奔馳的E級(jí)和S級(jí)汽車都已安裝了“避讓助手”，該系統(tǒng)在危險(xiǎn)情況下可以比人更快地作出反應(yīng)。

在不久的將來，大城市的居民可能不再需要擁有自己的車輛，也不再需要為找停車位而發(fā)愁。你可以根據(jù)需要，通過電話或網(wǎng)絡(luò)來預(yù)定一輛只電動(dòng)概念汽車。它會(huì)以一定的速度，從就近的停車場(chǎng)自主地行駛到客戶所在地，并在這一過程中始終保持在可控的安全狀態(tài)下。你上車后，可以選擇自己駕駛，也可以讓汽車自行駕駛。當(dāng)你處理完自己的事情，不再需要這輛車了，可以隨時(shí)結(jié)束租用。這輛車會(huì)自己開回原來的停車場(chǎng)；在需要的情況下，停車場(chǎng)的管理員也可以通過遙控的方式，引導(dǎo)這輛車“回家”。

天空：讓飛行器自主

科學(xué)家在讓地面交通工具變得日趨完善的同時(shí)，也在為空中的飛行器尋求新的發(fā)展方向。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了很多遙控的無人飛行器，其中包括具有固定翼的小型傳統(tǒng)飛機(jī)、速度較慢的飛艇、 直升機(jī)或多軸飛行器等。在這些飛行器上，小型碼相機(jī)或攝像機(jī)幾乎已經(jīng)成為了標(biāo)準(zhǔn)配置。借助這些設(shè)備，飛行器可以更方便地觀測(cè)地面，如地面交通情況、地面安全情況等；熱成像相機(jī)可以幫助清點(diǎn)樹林里的野生動(dòng)物、在人類難以進(jìn)入的山區(qū)尋找失蹤人員；它們還可以飛過有重要?dú)v史價(jià)值和旅游價(jià)值的建筑群和風(fēng)景區(qū)，對(duì)這些建筑或風(fēng)景區(qū)進(jìn)行三維建模。

22干米的高空只會(huì)出現(xiàn)很微弱的風(fēng)，在這個(gè)高度，可以使用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的超輕飛行器，它們可以在一片指定的大范圍區(qū)域里盤旋整周甚至整月。這在地震、洪水和森林大火中非常有用，這種飛行器可以持續(xù)不斷地把最新的地面狀況拍成照片傳回地面。而相比之下，如果是借助衛(wèi)星拍攝，在最理想情況下，衛(wèi)星也要每1.5小時(shí)才能經(jīng)過事發(fā)地上空一次。

除了直接觀測(cè)之外，未來的飛行機(jī)器人還可以直接趕往事故發(fā)生點(diǎn)：為在登山時(shí)處于險(xiǎn)境的人員輸送食物、飲料以及包扎工具；在指定區(qū)域噴灑農(nóng)藥；抓住并運(yùn)走地面上的危險(xiǎn)物品；修理高壓電線；清理地震廢墟；作為災(zāi)難救助力量，這些飛行機(jī)器人還可以和地面機(jī)器人密切配合。

這一技術(shù)也可以滿足軍事上的需求。裝備這些具有智能感應(yīng)器和智能反應(yīng)能力的飛行機(jī)器人并不存在什么大問題，因?yàn)樗鼈兊拇嬖诓粫?huì)影響民用航空安全。不過，對(duì)此也不乏批評(píng)，例如，“歐洲鷹”無人機(jī)項(xiàng)目就被認(rèn)為是完全失敗的。我們可以大預(yù)計(jì)， 在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中，載人戰(zhàn)斗機(jī)的重要性一定會(huì)被大大削弱。

太空：探索太陽(yáng)系

采用高效、廉價(jià)的機(jī)器人，可以使太陽(yáng)系的探索更容易一些。與月球?qū)崿F(xiàn)通信，控制信號(hào)的來回傳輸時(shí)間是2.5秒，而對(duì)于火星，控制信號(hào)的來回傳輸時(shí)間則長(zhǎng)達(dá)15分鐘。地面上的操作人員只能預(yù)先設(shè)定一些粗略的目標(biāo)。讓火星上的機(jī)器人獨(dú)立完成一系列任務(wù)，比如向目的地行駛、識(shí)別物體、采樣、鉆孔等。

上述的這些理想，在時(shí)至今日的多項(xiàng)火星計(jì)劃中都沒能完全實(shí)現(xiàn)。盡管如此，在1997年的“火星探路者”計(jì)劃中，一輛名為“索杰納號(hào)”的火星漫步車，在火星表面的獨(dú)立行駛路程已經(jīng)接近100米。基于這次成功，美國(guó)航空航天局于2003年向火星發(fā)射了兩輛具有相同結(jié)構(gòu)的火星車，分別被命名為 “勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”。它們于2004年抵達(dá)火星表面，行駛了比預(yù)期更長(zhǎng)的距離。“勇氣號(hào)”直到5年后陷在沙地中才停止運(yùn)行。至此它一共行駛了將近8千米的路程。和“勇氣號(hào)”相比，“機(jī)遇號(hào)”大概行駛了35千米。兩輛火星車都可以指揮自身攜帶的機(jī)械手臂，這個(gè)機(jī)械手臂具有5個(gè)自由度，可以拿起工具并操作照相機(jī)。和“索杰納號(hào)”火星漫步車相似，地面的操作人員也預(yù)先給這兩輛火星車設(shè)定了一系列的路標(biāo)，火星車可以沿著這一系列預(yù)定的路標(biāo)行駛。

2012年登陸火星的“好奇號(hào)”，同樣也裝備了一條機(jī)械手臂，并攜帶了大量用于實(shí)驗(yàn)的設(shè)備。這輛火星車也不是完全自主運(yùn)行的，它會(huì)把拍攝到的照片傳給地面的控制人員，以確保它始終可以在無障礙的路面上行駛。

不過，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的目的地，“好奇號(hào)”完全可以自行決定從它所在的地點(diǎn)如何繼續(xù)向前行駛。它可以先用自帶的攝像頭拍攝一組立體照片，再利用這組照片，生成可以反映周圍環(huán)境的地圖，然后根據(jù)這個(gè)地圖計(jì)算出一條沒有障礙的路徑，沿著這條路徑，它至少可以比原先更接近預(yù)設(shè)的目標(biāo)。

走出一步之后，“好奇號(hào)”會(huì)按照上面的方式再拍攝新的照片，生成并分析地圖，找到新的路徑，然后繼續(xù)前進(jìn)。借助自身攜帶的計(jì)算機(jī)，“好奇號(hào)”每分鐘已經(jīng)可以計(jì)算4張這樣的圖片。當(dāng)然，美國(guó)航空航天局只會(huì)在意外情況下才會(huì)使用上述方案，因?yàn)檫@里的科學(xué)家至今都不太相信完全自主的導(dǎo)航技術(shù)。

未來的火星機(jī)器人將會(huì)在火星表面完全自主地駕駛車輛，收集、分析巖石標(biāo)本，為隨后到來的機(jī)器或人類接班人建造基礎(chǔ)設(shè)施和住宅，用目前還無法利用的未知波段，向地面發(fā)送實(shí)時(shí)的立體圖片。未來的火星機(jī)器人將會(huì)擁有怎樣的運(yùn)動(dòng)設(shè)備，目前還沒有統(tǒng)一的方向，可能是4個(gè)輪子或者6個(gè)輪子，也可能是6個(gè)或8個(gè)類似昆蟲足的裝置，抑或是這二者的一種混合模式。