靈巧
——機(jī)器人的感覺(jué)

+ 劉進(jìn)軍 編譯

靈巧
——機(jī)器人的感覺(jué)

+ 劉進(jìn)軍 編譯

美國(guó)航宇局設(shè)計(jì)靈巧太空機(jī)器人時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)是速度更快、結(jié)構(gòu)更緊湊、行動(dòng)更靈巧。為了在太空的行動(dòng)更靈巧，機(jī)器人的行動(dòng)規(guī)則必須遵循太空動(dòng)力學(xué)和太空運(yùn)動(dòng)學(xué)的原理，在微重量的環(huán)境下比宇航員更靈巧穩(wěn)重。

雖然，機(jī)器人不會(huì)得太空病，但機(jī)器人的身體結(jié)構(gòu)，必須盡量符合人類(lèi)的人體工程學(xué)，平衡人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系。因?yàn)殪`巧完全仿真模擬人類(lèi)的動(dòng)作，人類(lèi)的人體力學(xué)、人體運(yùn)動(dòng)學(xué)也適用于太空機(jī)器人，某些功能要?jiǎng)龠^(guò)人類(lèi)。

靈巧怎樣仿真模擬人類(lèi)的動(dòng)作呢？

1.靈敏的傳感器系統(tǒng)

傳感器是一種能自動(dòng)檢測(cè)、測(cè)量感覺(jué)，產(chǎn)生信息信號(hào)的儀器，一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器按照工作原理，分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器三大類(lèi)。傳感器品種繁多，廣泛應(yīng)用于航天科技、工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、生物工程等各行業(yè)業(yè)。“R-2”擁有各式各樣的傳感器，把壓力、力量、速度、硬度、溫度、位置等感覺(jué)信息傳送到分系統(tǒng)處理器或中央處理器。處理器根據(jù)程序、特征和算法，計(jì)算判斷人、物體、運(yùn)動(dòng)等事物。

2.超強(qiáng)的機(jī)電系統(tǒng)

靈巧的體內(nèi)布滿(mǎn)超強(qiáng)的液壓和機(jī)電系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)指令，液壓和機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力，指揮手指、手臂和身體，異常靈活地做出各種高難度動(dòng)作。靈巧不僅可以像宇航員一樣操縱所有的機(jī)器設(shè)備，在“國(guó)際”空間站充當(dāng)人類(lèi)助手。靈巧還可安裝在月球車(chē)上，進(jìn)行外星球的地質(zhì)探索，所以能成為外太空高危作業(yè)的最佳人選。

3.逼真的網(wǎng)真系統(tǒng)

網(wǎng)真系統(tǒng)，又稱(chēng)多媒體信息共享系統(tǒng)。網(wǎng)真系統(tǒng)是一項(xiàng)遠(yuǎn)程多媒體控制解決方案，最大的魅力是身臨其境般地參與現(xiàn)場(chǎng)的交流，創(chuàng)造臨場(chǎng)感。一個(gè)優(yōu)秀先進(jìn)的機(jī)器人，必須具備網(wǎng)真系統(tǒng)：圖像配準(zhǔn)、立體聲、雙眼視圖、視圖視野、圖形疊加功能和語(yǔ)音識(shí)別功能等。在機(jī)器人的網(wǎng)真系統(tǒng)，操作者使用包括頭盔顯示器（HMD）、觸覺(jué)反饋手套、手臂力量傳感器等設(shè)備；使用虛擬現(xiàn)實(shí)臨場(chǎng)感的顯示技術(shù)，直觀地指揮機(jī)器人工作。這樣，他或她感覺(jué)自己好像就是機(jī)器人，做出各種姿勢(shì)動(dòng)作。立體顯示頭盔提供視覺(jué)影像，包括來(lái)自機(jī)器人頭部攝像機(jī)的實(shí)時(shí)視頻。頭盔顯示器提供機(jī)器人對(duì)環(huán)境的觀察，方便直觀的操作，并與場(chǎng)景自然互動(dòng)。

靈巧將幫助太空行走任務(wù)的宇航員：合作愉快！

4.精確的中央處理器

靈巧的電腦的中央處理器有一個(gè)指令系統(tǒng)。中央處理器根據(jù)傳感器系統(tǒng)、網(wǎng)真系統(tǒng)等的信息，指令機(jī)電系統(tǒng)工作。當(dāng)然，操作者必須控制高度靈巧的手指和手的動(dòng)作，通過(guò)手套的手指姿勢(shì)傳感器跟蹤機(jī)器人的手指動(dòng)作。彎曲敏感材料被用于跟蹤每個(gè)手指的方向。這些信息用來(lái)指揮機(jī)器人的手指動(dòng)作。通過(guò)復(fù)雜的操作，機(jī)器人就能作出與操作者的手、臂、身體一致的直觀的精確動(dòng)作。

2009年開(kāi)始，美國(guó)宇航局噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室的劉漢銓博士，對(duì)靈巧進(jìn)行了一系列智慧、力量和反應(yīng)能力的測(cè)試。

劉漢銓博士：“現(xiàn)在，你舉起一端，我舉起另一端。我要你做的時(shí)候看著我。仰視我，對(duì)！現(xiàn)在我希望你拿取一根彎鐵棒?，F(xiàn)在，你回頭看，你的鐵棒就在那里。讓它變直。它是不是太彎曲？如果是，你就對(duì)我點(diǎn)一點(diǎn)頭，停下來(lái)。行！寶貝，現(xiàn)在再?gòu)澢?，把它彎曲成這樣。好，現(xiàn)在把它扳直，非常好。帥哥，現(xiàn)在你把它弄彎成其他形狀。好，現(xiàn)在進(jìn)行清理。好，現(xiàn)在我要你回去?！?，停在那里。現(xiàn)在我要走了。好了！帥哥，放開(kāi)我。

靈巧發(fā)短信有邏輯，但不帶感情

靈巧很有成就感。視頻顯示：它協(xié)助工作人員炫耀一根金屬棒。

劉漢銓博士說(shuō)：“好孩子，我們將開(kāi)始這兩條電線握緊或松開(kāi)練習(xí)。在您的左手，這條電線。對(duì)！

遠(yuǎn)程操作員：“握緊左手?！?/p>

靈巧：“左手握緊?！?/p>

劉漢銓博士：“用你的右手拿住電線。

遠(yuǎn)程操作員：“松開(kāi)右手。”

靈巧：“右手松開(kāi)。”

劉漢銓博士：“現(xiàn)在放在一起。你來(lái)拿我的電烙鐵和扳手。很不錯(cuò)，你得到了它?，F(xiàn)在還給我吧?！?/p>

遠(yuǎn)程操作員：“松開(kāi)右手。”

靈巧：“右手松開(kāi)?！?/p>

劉漢銓博士：“行。好好焊接，完成工作?！?/p>

視頻顯示：靈巧機(jī)器人幫助一個(gè)人把兩條電線焊在一起。

美國(guó)宇航局公布了一段扣人心弦的視頻：靈巧仿真攀爬“國(guó)際”空間站金屬桁架。

劉漢銓博士：“雙手像把握方向盤(pán)?！?/p>

遠(yuǎn)程操作員：“松開(kāi)右臂?！?/p>

靈巧：“右臂松開(kāi)?！?/p>

劉漢銓博士：“握住把手。”

遠(yuǎn)程操作員：“握緊右手?！?/p>

靈巧機(jī)器人：“右手握緊。”

遠(yuǎn)程操作員：“松開(kāi)左手。”

靈巧機(jī)器人：“左手松開(kāi)。”

劉漢銓博士：“來(lái)吧，把握在這兒?！?/p>

遠(yuǎn)程操作員：“不許松左手?！?/p>

靈巧機(jī)器人：“左手握緊。

遠(yuǎn)程操作員：“松開(kāi)左手?！?/p>

靈巧機(jī)器人：“左手松開(kāi)?！?/p>

劉漢銓博士：“松散地掌握。太緊了。很好，在那里。”

美國(guó)宇航局噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室和劉漢銓博士的鑒定評(píng)價(jià)是：靈巧能與人同步運(yùn)動(dòng)，反映快速精確，完全達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，可以進(jìn)入國(guó)際空間站工作。

太空超人

2011年2月24日，靈巧搭乘“STS-133”航天飛機(jī)航班發(fā)射升空，送到國(guó)際空間站。8月22日，靈巧在低地球軌道首次激活，進(jìn)行了沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)試。10月13日，靈巧首次在太空中移動(dòng)，在國(guó)際空間站內(nèi)部執(zhí)行維護(hù)任務(wù)，如吸塵或清洗過(guò)濾器。

“yes，Sir！保證完成任務(wù)！”

美國(guó)宇航局已掌握頂級(jí)機(jī)器人制造技術(shù)。真正的“太空超人”近在咫尺。國(guó)際空間站為人形機(jī)器人提供了一個(gè)理想的舞臺(tái)。人形機(jī)器人將拉開(kāi)太空探險(xiǎn)新時(shí)代的序幕。

首先，太空機(jī)器人靈巧將被固定在“命運(yùn)”號(hào)實(shí)驗(yàn)艙里的一個(gè)位置，但目標(biāo)是為靈巧后來(lái)的自由行動(dòng)做準(zhǔn)備?？茖W(xué)家只給靈巧裝了一條腿。宇航員不需要一個(gè)有兩條腿的機(jī)器人在空間站里搖搖晃晃地走來(lái)走去。它能夠在不同的地方抓住并固定住自己的身體。它要學(xué)會(huì)利用手，從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方，最后像一般宇航員一樣在周?chē)袆?dòng)。

科學(xué)家將測(cè)試靈巧在零重量空間環(huán)境的工作狀態(tài)，進(jìn)行太空環(huán)境對(duì)靈巧的影響并評(píng)估。讓它慢慢從簡(jiǎn)單的任務(wù)開(kāi)始逐步獲得進(jìn)步，就像監(jiān)測(cè)它的健康狀況一樣，慢慢進(jìn)行更復(fù)雜的工作。

“STS-133”航班機(jī)組人員與靈巧合影

靈巧擁有監(jiān)督下的自主權(quán)。在限制范圍內(nèi)，它可以自主運(yùn)行。控制人員將發(fā)送命令程序，讓它自己思考，作一序列的動(dòng)作。這就像對(duì)火星漫游車(chē)“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)的控制一樣。兩者有一點(diǎn)區(qū)別?？刂迫藛T可以“看到”它。如果在月球或遠(yuǎn)地軌道，它的視頻信號(hào)不到2～6秒就發(fā)送到控制中心。如果從火星將視頻信號(hào)發(fā)送到地球，時(shí)間通常超過(guò)10分鐘。當(dāng)控制人員看到靈巧的做一些不妥的動(dòng)作，馬上就可以告訴：停止，試試做另一項(xiàng)。

靈巧，一位新的宇航員。開(kāi)始，科學(xué)家會(huì)給予它很多詳細(xì)規(guī)定。當(dāng)它做一些與本職工作無(wú)關(guān)的事情的時(shí)候，可以出來(lái)制止它。人們會(huì)更充分地開(kāi)發(fā)這個(gè)機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)，讓靈巧能夠做細(xì)微的動(dòng)作，自己調(diào)整到能抓住任何一個(gè)目標(biāo)。

原來(lái)，靈巧還是獨(dú)腿飛俠。科學(xué)家完全可以給靈巧裝上雙腿或輪子。也許有一天，靈巧的弟弟們會(huì)登上一顆行星或小行星，并提前為人類(lèi)建立工作站或棲息地。靈巧肯定會(huì)成為一位經(jīng)驗(yàn)豐富的宇航員。當(dāng)其他宇航員做錯(cuò)事，說(shuō)“對(duì)不起”時(shí)，靈巧也許會(huì)說(shuō)：“沒(méi)關(guān)系！以后聰明點(diǎn)就行了?！庇詈絾T一定會(huì)抱怨發(fā)牢騷：雖然靈巧很有趣和令人興奮，但總感覺(jué)我們將被解雇，丟掉飯碗。

靈巧喜歡夸獎(jiǎng)，不喜歡說(shuō)它是獨(dú)腿飛俠。2014年4月，為了不傷害靈巧的自尊心，美國(guó)宇航局將靈巧的兩條腿空運(yùn)到國(guó)際空間站。美國(guó)宇航局宇航員史提夫 斯旺森在國(guó)際空間站給靈巧裝上雙腿，完成升級(jí)，指揮各種活動(dòng)。靈巧邁著兩條大長(zhǎng)腿，好像螳螂一樣在國(guó)際空間站四處溜達(dá)。

靈巧在國(guó)際空間站操作飛行

目前，靈巧還沒(méi)有語(yǔ)言系統(tǒng)，所以缺乏幽默和口才。雖然擁有語(yǔ)言系統(tǒng)比較容易，但它暫時(shí)還不需要這項(xiàng)功能?？臻g站需要的是一個(gè)會(huì)干活的工人，而不是一個(gè)鐵嘴銅牙的空間站站長(zhǎng)。宇航員們說(shuō)：感謝上帝！幸虧這家伙不會(huì)說(shuō)話(huà)，不然我們談情說(shuō)愛(ài)都被它偷聽(tīng)，到局長(zhǎng)那里打小報(bào)告。

機(jī)器人：努力進(jìn)化，為人類(lèi)服務(wù)，耶！

靈巧的前途無(wú)量，將在未來(lái)的太空探索中扮演越來(lái)越重要的角色。靈巧的頭上安裝有視覺(jué)傳感器，手指上安裝了壓力傳感器。它能夠以超過(guò)人類(lèi)的精確動(dòng)作操作武器。根據(jù)“R-2”的智慧和功能，它完全可以在太空捕捉、檢查、修理衛(wèi)星等航天器，如給衛(wèi)星加充燃料，換個(gè)零件等。

當(dāng)然，它也可以執(zhí)行太空追殺行動(dòng)，攻擊敵人的航天器，給敵星輸入啟動(dòng)病毒程序，讓敵星充當(dāng)自己的間諜，或散布傳播虛假信息，直至黑了敵星的“大腦”；在較大的衛(wèi)星后面打個(gè)黑槍、鉆個(gè)小孔，動(dòng)點(diǎn)外科小手術(shù)；將那些毫無(wú)反抗能力的小衛(wèi)星抓住、俘虜，如果再來(lái)點(diǎn)暴力，干脆砸扁撕碎。

機(jī)器人宇航員，玩的就是科技、勇敢、冒險(xiǎn)和心跳。