軍事機(jī)器人

沈臻懿

《星球大戰(zhàn)》《終結(jié)者》《第九區(qū)》《人工智能》等科幻大片中所展現(xiàn)出的機(jī)器人作戰(zhàn)畫(huà)面，早已給人留下了深刻印象。不過(guò)，前述場(chǎng)景已不僅僅只存在于科幻影視之中。新型軍事機(jī)器人作為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展的趨勢(shì)之一，已有諸多新近研發(fā)的軍事機(jī)器人與無(wú)人平臺(tái)被投放于真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)，并替代士兵執(zhí)行了搜索、偵察、布雷、排爆、支援，乃至直接作戰(zhàn)等核心任務(wù)。據(jù)報(bào)道，美國(guó)正考慮在未來(lái)的若干年中將其陸軍旅戰(zhàn)斗隊(duì)的人數(shù)規(guī)模從4000人縮減為3000人，被精簡(jiǎn)的士兵配置則以機(jī)器人及無(wú)人平臺(tái)代替，從而實(shí)現(xiàn)“更為精銳、規(guī)模更小，可靈活部署的戰(zhàn)斗部隊(duì)”的轉(zhuǎn)型。

近些年來(lái)，信息技術(shù)及人工智能的突發(fā)猛進(jìn)，部分國(guó)家開(kāi)始組建專(zhuān)門(mén)的機(jī)器人部隊(duì)。一些機(jī)器人已被用于在戰(zhàn)場(chǎng)上執(zhí)行偵察與保障任務(wù)，并替代士兵進(jìn)行巡邏和排爆。據(jù)專(zhuān)業(yè)人士預(yù)測(cè)，目前機(jī)器人的成本僅僅只有作戰(zhàn)士兵的十分之一。利用其替代人類(lèi)在戰(zhàn)場(chǎng)上進(jìn)行作戰(zhàn)，將會(huì)在若干年后成為現(xiàn)實(shí)。

“劍式”機(jī)器人

美國(guó)五角大樓認(rèn)為，輕型地面軍用機(jī)器人在美軍機(jī)器人裝備領(lǐng)域中占有重要地位。美國(guó)軍方對(duì)于輕型地面軍用機(jī)器人的研發(fā)涉及作戰(zhàn)、偵察與后勤補(bǔ)給等諸多層面。經(jīng)過(guò)多年在阿富汗與伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)歷，美軍已充分意識(shí)到，輕型地面軍用機(jī)器人在反恐戰(zhàn)爭(zhēng)中具有的顯著作用：既可替代士兵執(zhí)行高風(fēng)險(xiǎn)的作戰(zhàn)任務(wù)，還可避免作戰(zhàn)人員的現(xiàn)實(shí)傷亡。為此，一款名為“劍式”（SWORDS）武裝機(jī)器人已被美軍用于伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)之上。

“劍式”機(jī)器人是美國(guó)福斯特-米勒公司（Foster-Miller）研發(fā)的一款遠(yuǎn)距離遙控操作型物證機(jī)器人，也是美國(guó)陸軍在伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)上首次使用的武裝機(jī)器人?！皠κ健睓C(jī)器人的前身為美軍大名鼎鼎的“魔爪”機(jī)器人（Talon）。自問(wèn)世以來(lái)，美國(guó)軍方已陸續(xù)采購(gòu)了3000多臺(tái)，主要用于伊拉克與阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)上的爆炸物排除。從設(shè)計(jì)功能而言，“魔爪”機(jī)器人可執(zhí)行爆炸裝置拆除、危險(xiǎn)品探測(cè)、無(wú)人偵察以及戰(zhàn)術(shù)支援等任務(wù)。美軍在初次使用“魔爪”機(jī)器人執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)，就曾探測(cè)出致命化學(xué)與放射性物質(zhì)。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)模式的變革，使得美國(guó)軍方不僅要求輕型地面軍用機(jī)器人能夠滿(mǎn)足在復(fù)雜和危險(xiǎn)地形執(zhí)行偵察、爬行、搜索、排除爆炸裝置與布雷的任務(wù)，亦要求輕型地面軍用機(jī)器人能夠通過(guò)加裝武器模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)敵精確打擊與火力支援，以滿(mǎn)足不同作戰(zhàn)所需。為此，美國(guó)福斯特-米勒公司在“魔爪”機(jī)器人的平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)與改進(jìn)，進(jìn)而形成了加裝有武器系統(tǒng)的“劍式”機(jī)器人。

全稱(chēng)為“觀察、偵察與探測(cè)特種武器遙控直接行動(dòng)系統(tǒng)”的“劍式”機(jī)器人作為“魔爪”機(jī)器人的改進(jìn)款，高0.9米，最大時(shí)速9千米/小時(shí)。其武器系統(tǒng)裝備有5.56毫米口徑的M249機(jī)槍?zhuān)蛘?.62毫米口徑的M240機(jī)槍?zhuān)骄糠昼娔軌虬l(fā)射出1000發(fā)子彈。另可加裝M16系列突擊步槍與M202-A16毫米榴彈發(fā)射器?！皠κ健蔽溲b機(jī)器人的射擊命中率極高，可持續(xù)不斷地向敵方發(fā)射數(shù)百發(fā)子彈與榴彈作為火力壓制。該款武裝機(jī)器人采用的地盤(pán)及移動(dòng)裝置，使其能夠輕松通過(guò)巖石瓦礫、樓梯過(guò)道以及鐵絲障礙網(wǎng)，即使是身處河水以及雪地環(huán)境下亦可行動(dòng)自如。除武器系統(tǒng)外，每臺(tái)“劍式”機(jī)器人加載有四個(gè)攝像探頭以及夜視鏡、變焦裝置等裝備，能夠確保其實(shí)現(xiàn)全天候的偵察與作戰(zhàn)。這一機(jī)器人采用電池供電形式，一次充滿(mǎn)電后可維持四小時(shí)的正常運(yùn)作。操控士兵在使用這款武裝機(jī)器人時(shí)，最遠(yuǎn)可在1000米距離進(jìn)行遙控操作，以最大限度地保障自身安全。

美軍在實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，這款造價(jià)為20萬(wàn)美元的“劍式”武裝機(jī)器人對(duì)于隱藏在房屋內(nèi)的武裝分子清剿極為有效，且可大大降低作戰(zhàn)士兵在城市巷戰(zhàn)中的傷亡概率。操控士兵可以從大門(mén)、窗戶(hù)等通道處將該機(jī)器人拋入，隨后利用其自身攜帶的探測(cè)裝置對(duì)屋內(nèi)環(huán)境進(jìn)行偵察。一旦發(fā)現(xiàn)敵方目標(biāo)，即可動(dòng)用武器裝備射擊，并將敵方武裝人員擊斃。不過(guò)，“劍式”武裝機(jī)器人剛部署至伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)時(shí)，也曾鬧出過(guò)一場(chǎng)不大不小的“烏龍事件”。當(dāng)時(shí)，由三臺(tái)“劍式”組成的武裝機(jī)器人小隊(duì)尚未開(kāi)出一槍?zhuān)磸膽?zhàn)場(chǎng)上被撤回。美國(guó)陸軍地面部隊(duì)官員雖未對(duì)“劍式”武裝機(jī)器人尚未參加實(shí)際作戰(zhàn)即被撤回的具體原因作出詳細(xì)解釋?zhuān)渫瑫r(shí)表示，這些武裝機(jī)器人所搭載的槍支在操控者尚未發(fā)出指令時(shí)就已發(fā)生移動(dòng)。換言之，“劍式”武裝機(jī)器人在轉(zhuǎn)向時(shí)移動(dòng)到了錯(cuò)誤的方向。這一“烏龍事件”雖未造成人員傷亡，但存在有誤傷友軍的現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)?；鹆?qiáng)大的“劍式”武裝機(jī)器人，加之操控一般均在1000米外進(jìn)行遙控，一旦發(fā)生誤判事件，即有可能造成相當(dāng)嚴(yán)重的后果?？梢?jiàn)，諸如“劍式”等輕型地面武裝機(jī)器人如想在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上完全替代作戰(zhàn)士兵的全部功能，其仍面臨著諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題有待改進(jìn)。

“大狗”機(jī)器人

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，作戰(zhàn)士兵是否一次攜帶更多的武器彈藥與補(bǔ)給，往往是保障其作戰(zhàn)能力的一大關(guān)鍵要素。不過(guò)，士兵隨身攜帶的裝備與給養(yǎng)畢竟有限，如負(fù)重過(guò)多，亦會(huì)大大消耗其體力，并影響作戰(zhàn)的機(jī)動(dòng)性。為此，美國(guó)波士頓動(dòng)力學(xué)工程公司專(zhuān)門(mén)為美軍設(shè)計(jì)并研發(fā)了一款形似機(jī)械犬的四足機(jī)器人。該款機(jī)器人稱(chēng)為“大狗”（Bigdog），與以往某些軍事機(jī)器人不同的是，“大狗”并不依賴(lài)于履帶或輪子前行，其行進(jìn)方式依賴(lài)于“軀干”之下的四條“金屬腿”。這一仿生裝置完全模仿動(dòng)物的四肢來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在每條“金屬腿”內(nèi)，研發(fā)人員都安裝有特殊的避震裝置，以減少其在崎嶇地形上行走或奔跑所帶來(lái)的震動(dòng)?！按蠊贰钡孛鏅C(jī)器人長(zhǎng)1米，高0.7米，重量達(dá)75千克，其設(shè)計(jì)體型與大型犬相當(dāng)。

這一新型軍事機(jī)器人研發(fā)后，美軍已準(zhǔn)備將其投放至阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)，以測(cè)試該款機(jī)器人的高機(jī)動(dòng)性能?！按蠊贰睓C(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)源于體內(nèi)裝載的一部帶有液壓裝置的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，這使得其在戰(zhàn)場(chǎng)上能夠發(fā)揮極為重要的作用，不僅能夠行走與奔跑，亦可逾越一定高度的障礙物?！按蠊贰弊鳛橐慌_(tái)可四足行走的地面機(jī)器人，可以在崎嶇地形上搭載154千克的負(fù)重。其不僅可跋山涉水，且在崎嶇地形上的行進(jìn)速度也遠(yuǎn)超過(guò)人類(lèi)，因而能在交通不便地區(qū)為作戰(zhàn)士兵背負(fù)并運(yùn)送彈藥、給養(yǎng)以及其他物品。

“大狗”機(jī)器人在行進(jìn)時(shí)，依靠液壓馬達(dá)提供動(dòng)力。其內(nèi)置的計(jì)算機(jī)可以根據(jù)歷史運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)與測(cè)距數(shù)據(jù)來(lái)推斷當(dāng)前地形的崎嶇程度，并根據(jù)環(huán)境變化來(lái)調(diào)整自身的行走姿態(tài)。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，“大狗”機(jī)器人可以每小時(shí)近7千米的速度前行，并攀爬最多達(dá)35度傾斜的斜坡。即使是在摩擦力極小的冰面以及碎石堆、雪地、泥地上行走，皆可保持平衡之狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)模式，“大狗”機(jī)器人既可按照事先設(shè)定好的簡(jiǎn)單路線(xiàn)行進(jìn)，亦可由操控人員對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控?！按蠊贰钡孛鏅C(jī)器人所載有的大量傳感器，能夠保證操控人員隨時(shí)追蹤“大狗”所處的位置，并掌握其反饋的信息，且對(duì)其系統(tǒng)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。無(wú)論是基于預(yù)先設(shè)定路線(xiàn)，抑或遠(yuǎn)程遙控方式，“大狗”地面機(jī)器人均能夠自覺(jué)而又精準(zhǔn)地跟隨作戰(zhàn)士兵沿著既定路線(xiàn)行動(dòng)，并幫助士兵背負(fù)武器、裝備、物資以及各項(xiàng)輜重。美國(guó)軍方稱(chēng)，“大狗”是當(dāng)前世界上最為先進(jìn)的能夠適應(yīng)崎嶇地形的地面機(jī)器人。

仿生機(jī)器魚(yú)

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)海軍都有一支引以為傲的海豚部隊(duì)。該部隊(duì)及其“海豚士兵”的歷史，最早可以追溯至上世紀(jì)50年代。美國(guó)海軍利用海豚所擁有的水聲測(cè)位能力以及較高的智力水平，專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練其用以水面及海域的探雷及排雷任務(wù)。但在未來(lái)幾年中，美國(guó)海軍海豚部隊(duì)中的“海豚士兵”可能面臨著丟掉“飯碗”的現(xiàn)實(shí)狀況。而這一切則源于美國(guó)海軍采用仿生機(jī)器魚(yú)執(zhí)行探雷偵察任務(wù)的專(zhuān)門(mén)計(jì)劃。

目前，美國(guó)海軍擁有80頭經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練的寬吻海豚。但到2017年時(shí)，其中的24頭將會(huì)失去原有工作。替代這24頭“海豚士兵”的，則是一臺(tái)長(zhǎng)約1.2米的魚(yú)形潛航機(jī)器人。據(jù)美國(guó)海軍稱(chēng)，這些魚(yú)形潛水器可以完成部分與“海豚士兵”相同的工作，且其工業(yè)流水線(xiàn)的制造速度較快，不像海豚士兵的訓(xùn)練周期通常需要七年。

當(dāng)前，美國(guó)海軍正在測(cè)試的這款安靜型的仿生無(wú)人潛航器由其作戰(zhàn)部長(zhǎng)快速創(chuàng)新單位（CRIC）負(fù)責(zé)研發(fā)。CRIC是由美國(guó)海軍作戰(zhàn)部長(zhǎng)喬納森·格林納特上將（Jonathan W. Greenert）于2012年成立，其主要任務(wù)即是探索如何將民用、商用技術(shù)快速轉(zhuǎn)化并應(yīng)用于軍事用途，從而為其海軍服務(wù)。該款仿生機(jī)器人因與海底魚(yú)類(lèi)非常相像而難以被分辨，主要可作為戰(zhàn)場(chǎng)傳感器來(lái)執(zhí)行探測(cè)等任務(wù)。

據(jù)美國(guó)海軍作戰(zhàn)發(fā)展司令部概念和創(chuàng)新部門(mén)負(fù)責(zé)人介紹，這種簡(jiǎn)稱(chēng)為UUV的無(wú)人仿生潛航器由位于馬薩諸塞州的波士頓工程公司所研制。其外形非常像魚(yú)類(lèi)，因而也被海軍稱(chēng)為“機(jī)器魚(yú)”。這一機(jī)器人最大的特點(diǎn)，就是在其動(dòng)力方面完全借鑒了仿生學(xué)原理。UUV并不依賴(lài)于噴水推進(jìn)器或者螺旋槳作為動(dòng)力，而是完全像魚(yú)類(lèi)一樣依靠擺動(dòng)其“尾巴”在水中前行。

前述仿生設(shè)計(jì)使得魚(yú)形機(jī)器人的操縱也極為靈活，且可在短時(shí)間內(nèi)將其行進(jìn)速度提升至40節(jié)。由于采用“尾巴”擺動(dòng)的形式行進(jìn)，因而該機(jī)器人可以保持較高的推進(jìn)效率以及靜音“游動(dòng)”。同時(shí)，該款魚(yú)形機(jī)器人可以攜帶有多種有效載荷，譬如水下攝像機(jī)、聲學(xué)傳感器等，以滿(mǎn)足其執(zhí)行不同任務(wù)所需。

魚(yú)形機(jī)器人配備鋰離子電池作為其動(dòng)力來(lái)源，通常其電池能夠保證機(jī)器人在水下游弋?dāng)?shù)天甚至數(shù)周，并可與當(dāng)?shù)睾Ｑ笊锃h(huán)境完全融入?？紤]到魚(yú)類(lèi)生物在水下游動(dòng)時(shí)，其頭部往往是最為穩(wěn)定的。因此在仿生設(shè)計(jì)時(shí)亦將有效載荷裝載于魚(yú)形機(jī)器人頭部位置，以發(fā)揮各類(lèi)傳感器的最佳性能，并提高其工作穩(wěn)定性。根據(jù)魚(yú)形機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的，其可以用于對(duì)港口、艦船以及潛艇進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)視，或者專(zhuān)門(mén)執(zhí)行探雷與排雷任務(wù)。

仿生機(jī)器蒼蠅

無(wú)處不在的蒼蠅看似微不足道，甚至不受人所待見(jiàn)，卻是世界上最為頂尖的飛行高手之一。蒼蠅在空中能夠做出極為靈巧且迅速的飛行動(dòng)作。譬如，人們用蒼蠅拍對(duì)其進(jìn)行擊打時(shí)，蒼蠅往往可以在拍子落下前一刻靈敏地予以躲閃。目前，不少科學(xué)家已從看似微不足道的蒼蠅中，看到了其在軍事仿生領(lǐng)域中的特殊作用。

“一只蒼蠅揮舞著發(fā)出輕微嗡嗡聲的翅膀飛向敵方指揮中心，并隨時(shí)將監(jiān)視到的信息傳回本方操控人員。”這樣的畫(huà)面似乎僅存在于科幻影視之中，不過(guò)當(dāng)前已有科學(xué)家表示，其已經(jīng)研制出可以勝任前述任務(wù)的仿生機(jī)器蒼蠅，并已處于測(cè)試階段。

美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)所（ARL）的一支專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)稱(chēng)，目前其已在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下復(fù)制了蒼蠅的飛行模式。為此，該團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)制作了一對(duì)僅有3毫米長(zhǎng)的機(jī)器翅膀，并用其創(chuàng)造升力，使得機(jī)器蒼蠅能夠真正地飛起來(lái)。該款翅膀由一種名為鋯鈦酸鉛（PZT）的特殊材料制成。其一旦被通電后，翅膀就會(huì)拍打和彎曲。

此外，哈佛大學(xué)的一支專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)也歷經(jīng)十年的研究，開(kāi)發(fā)出了一款機(jī)器蒼蠅。該款機(jī)器蒼蠅的主體部分由碳纖維所制成，其翼展為3厘米，而體重僅有80毫克。機(jī)器蒼蠅在飛行時(shí)，其振翅頻率接近于真的蒼蠅，為每秒120次。人們用肉眼幾乎無(wú)法看清機(jī)器蒼蠅的振翅活動(dòng)。此外，機(jī)器蒼蠅還可在空中盤(pán)旋，并能沿著設(shè)計(jì)好的路線(xiàn)進(jìn)行加速飛行。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的測(cè)試中，機(jī)器蒼蠅已展現(xiàn)出較為穩(wěn)定與可控的飛行性能。

不過(guò)，要想研制出這么一款大小近似真蒼蠅的仿生機(jī)器人實(shí)屬不易。首先，該機(jī)器人使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電源就是一大難關(guān)。目前最輕的電源也有0.5克之重，是機(jī)器蒼蠅體重的數(shù)倍之多。因此，研究人員只能使用一根超輕銅線(xiàn)對(duì)機(jī)器蒼蠅進(jìn)行供電。此外，機(jī)器蒼蠅的一對(duì)超輕、超薄翅膀，也需使用特殊材料制成，以便于能夠?qū)⑼饧与妷恨D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械應(yīng)力。

客觀而言，機(jī)械蒼蠅的應(yīng)用前景也較為廣泛。其可以在狹小空間內(nèi)自由飛行的特性，令機(jī)械蒼蠅既可以應(yīng)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)，在人員暫時(shí)難以直接進(jìn)入的狹小空間進(jìn)行搜尋任務(wù)，在遍布有毒化學(xué)氣體的工程內(nèi)檢查專(zhuān)門(mén)管道，又可在植被茂密的森林、山區(qū)搜索隱藏在內(nèi)的恐怖分子，亦可充當(dāng)起專(zhuān)門(mén)的間諜、特工，并能準(zhǔn)確擊中敵方要害。誰(shuí)又能想到，眼前一直嗡嗡作響的蒼蠅，其實(shí)就是一雙無(wú)處不在的監(jiān)視眼睛?？植婪肿拥囊慌e一動(dòng)，都在這雙眼睛的注視之下，并為反恐人員所掌握……

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com