美軍新概念機(jī)器人大盤點(diǎn)

顏慧

“樂高”變形機(jī)器人

近期，美國陸軍與美國麻省理工學(xué)院合作研制了一種類似于樂高結(jié)構(gòu)的晶格材料，這種材料可以讓機(jī)器人自行重新配置，從而實(shí)現(xiàn)“由機(jī)器人自造機(jī)器人”的目的。美國陸軍作戰(zhàn)能力研發(fā)司令部（CCDC）陸軍實(shí)驗(yàn)室的專家表示：“就像螞蟻連接起來搭建臨時(shí)橋梁一樣，未來的微型機(jī)器人集群可能也會(huì)變形組合成一座橫跨河流的橋梁，在幫助士兵穿越戰(zhàn)場后，再重新配置組合以執(zhí)行另一項(xiàng)任務(wù)?！蹦承?yīng)用程序甚至還可以實(shí)現(xiàn)將機(jī)器人變形為能吸收沖擊力（如爆炸引起的沖擊力）的高性能機(jī)器人。這是美國陸軍為推進(jìn)陸軍機(jī)動(dòng)性而進(jìn)行的一項(xiàng)研究。

這種“樂高”變形機(jī)器人具有適應(yīng)性、可重構(gòu)性和靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，但這只是美國陸軍實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)機(jī)器人技術(shù)概念的一個(gè)實(shí)施案例。研究人員還嘗試?yán)媚芪諞_擊或爆炸的材料制造此類機(jī)器人。為了讓材料快速組裝成型，研究人員將“樂高晶格”配置與注塑制模相結(jié)合，這樣也有助于它們形成多種組合特征，例如，可根據(jù)需要在受力時(shí)變厚、變硬或變軟。研究人員表示，以這種方式使用材料，可以將更大的結(jié)構(gòu)組合在一起。

美國陸軍作戰(zhàn)能力研發(fā)司令部的另一個(gè)項(xiàng)目是通過化學(xué)方法開發(fā)高級(jí)塑料，這將使單個(gè)無人機(jī)或機(jī)器人即使在飛行或行駛中也能自行變形。它們或許不會(huì)像《終結(jié)者》系列電影中的T-1000機(jī)器人一樣擁有可隨時(shí)“變身”的液態(tài)金屬，但是它們可以使用一種具有記憶功能的類似于塑料的材料實(shí)現(xiàn)變形。在實(shí)驗(yàn)室中造出變形無人機(jī)或機(jī)器人無疑是實(shí)現(xiàn)夢想的第一步。

日常生活中常見的塑料在制成零件后會(huì)一直保持原有的形態(tài)。美國陸軍實(shí)驗(yàn)室引入的新型化學(xué)反應(yīng)技術(shù)，可以通過某種外部刺激改變塑料的形狀，從而循環(huán)利用材料。研究人員還對(duì)材料進(jìn)行編程，使其“記住”之前保持的形狀或在接收激發(fā)指令后變形為操作員選擇的新形狀。未來，美國陸軍實(shí)驗(yàn)室將引入人工智能系統(tǒng)，并根據(jù)多種作戰(zhàn)需要實(shí)現(xiàn)多種機(jī)器人的智能組合和形態(tài)變換。

反應(yīng)靈敏的戰(zhàn)斗機(jī)器狗

在2021年美國陸軍協(xié)會(huì)年度會(huì)議上，一款造型獨(dú)特的“戰(zhàn)斗機(jī)器狗”剛剛面世就引發(fā)了各界關(guān)注。它是由美國幽靈機(jī)器人公司與寶劍國際公司聯(lián)合研發(fā)打造的，目前已在美國空軍服役。這款戰(zhàn)斗機(jī)器狗為四足無人載具，重約7.7千克，反應(yīng)靈敏，能夠自主避障，配有降低重心的蹲伏模式和改變腿部靈活性的高步模式，速度最快可以達(dá)到2.3米每秒，能較好地適應(yīng)崎嶇的地形。戰(zhàn)斗機(jī)器狗還配備多型傳感器，可為操控者提供360度態(tài)勢感知，實(shí)現(xiàn)晝夜連續(xù)警戒巡查，拓展了操控者的視野和控制范圍。

寶劍國際公司的研究人員將該公司研制的“特殊用途無人步槍”SPUR系統(tǒng)安裝在戰(zhàn)斗機(jī)器狗的背部。這是一款6.5毫米口徑的克里德摩爾步槍，與目前美軍特種部隊(duì)使用的7.62毫米口徑子彈相比，6.5毫米口徑子彈具有更穩(wěn)定的彈道和更遠(yuǎn)的射程。按照幽靈機(jī)器人公司的介紹，戰(zhàn)斗機(jī)器狗裝備這款無人步槍后，能在1200米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)射擊，其穩(wěn)定性非常出色。一些軍事專家認(rèn)為，未來這款戰(zhàn)斗機(jī)器狗很有可能被用于執(zhí)行暗殺任務(wù)。

此外，戰(zhàn)斗機(jī)器狗的尺寸并不大，可以更輕松地進(jìn)入狹小的空間。在偵察任務(wù)和城市巷戰(zhàn)中，它們不僅可以成為美軍士兵的眼睛和耳朵，還能在有效距離內(nèi)提供精準(zhǔn)打擊，進(jìn)一步提高部隊(duì)的戰(zhàn)場生存率和作戰(zhàn)效率。

目前，幽靈機(jī)器人公司尚未透露這款戰(zhàn)斗機(jī)器狗是否會(huì)進(jìn)入美軍特種部隊(duì)或情報(bào)部門服役。一些專家分析認(rèn)為，隨著電池、傳感器、人工智能等技術(shù)越來越成熟，未來各國軍隊(duì)除了在巡邏、偵察等領(lǐng)域會(huì)大量使用仿生機(jī)器人之外，戰(zhàn)斗機(jī)器人也將是新的研發(fā)應(yīng)用舞臺(tái)。

近年來，小型機(jī)器人因體形小、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，被美軍廣泛用于執(zhí)行警戒、偵察、排爆、危險(xiǎn)品探測等任務(wù)。同時(shí)，為提高實(shí)戰(zhàn)性能和應(yīng)對(duì)潛在威脅，美軍不斷提升其攻擊屬性，引發(fā)不少爭議。不少美國學(xué)者擔(dān)心，此類戰(zhàn)斗機(jī)器狗應(yīng)用廣泛且易于隱蔽，一旦出現(xiàn)失控或被恐怖分子利用的情況，或?qū)⒆兂煽植赖淖鲬?zhàn)機(jī)器，后果不堪設(shè)想。

“幽靈軍”機(jī)器人戰(zhàn)車

為降低士兵面臨的風(fēng)險(xiǎn)，美軍從2019年開始開發(fā)具有特色用途的機(jī)器人戰(zhàn)車（RCV）。這也是美國陸軍“下一代戰(zhàn)車”計(jì)劃的一部分。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人將這種機(jī)器人戰(zhàn)車比作美軍在第二次世界大戰(zhàn)中組建的“幽靈軍”。這種機(jī)器人戰(zhàn)車不需要人類駕駛員，比當(dāng)前類似的戰(zhàn)斗平臺(tái)更具殺傷力和生存能力，而且體積更小、重量更輕、燃油效率更高，部署更方便。美軍希望使用這種戰(zhàn)車完成戰(zhàn)場上的偵察和火力支援任務(wù)，以減少非傳統(tǒng)以及高危作戰(zhàn)環(huán)境下人員的傷亡，同時(shí)抗衡敵方主戰(zhàn)坦克部隊(duì)。機(jī)器人戰(zhàn)車包括三種不同底盤重量的車輛：輕型（RCV-L）、中型（RCV-M）和重型（RCV-H）。這些機(jī)器人戰(zhàn)車的任務(wù)主要有：偵察戰(zhàn)場，應(yīng)對(duì)與人類或其他機(jī)器人偵察兵的小規(guī)模沖突以及與全副武裝的敵人進(jìn)行全面戰(zhàn)斗。

RCV-L是全重約7噸的輕型平臺(tái)，行進(jìn)速度為40千米每小時(shí)，可攜帶544千克有效載荷。RCV-L可搭載一套完整的探測系統(tǒng)，以引導(dǎo)其他平臺(tái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確打擊。RCV-L還可搭載反坦克導(dǎo)彈或者輕型低后坐力武器。由于RCV-L造價(jià)較低、重量輕，被定義為戰(zhàn)爭中的可消耗品，通過直升機(jī)和運(yùn)輸機(jī)就可快速部署到戰(zhàn)場上。美國陸軍計(jì)劃于2024年底采購624輛RCV-L。除此之外，美國陸軍還計(jì)劃將裝甲運(yùn)輸車無人化，使其具備自動(dòng)駕駛和跟隨的功能，并對(duì)M160掃雷機(jī)器人進(jìn)行升級(jí)以提升工兵裝備的現(xiàn)代化。RCV-M是重量為10～20噸的中型平臺(tái)，配備中口徑機(jī)關(guān)炮和反坦克導(dǎo)彈，中口徑火炮或者大口徑低后坐力武器。RCV-M可由C-130“大力神”運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸并部署到戰(zhàn)場上。

據(jù)悉，美國陸軍已決定由優(yōu)勝公司建造RCV-L和RCV-M兩種機(jī)器人戰(zhàn)車作戰(zhàn)平臺(tái)。目前，輕型和中型機(jī)器人戰(zhàn)車已經(jīng)在公司范圍內(nèi)展開試驗(yàn)。此外，美國陸軍已從2020年開始進(jìn)行排級(jí)單位的機(jī)器人作戰(zhàn)車輛測試以及虛擬作戰(zhàn)環(huán)境技術(shù)試驗(yàn)，這些測試和試驗(yàn)結(jié)果將有助于陸軍在2023年決定如何在戰(zhàn)場上使用機(jī)器人戰(zhàn)車。在2019年的美國陸軍協(xié)會(huì)年會(huì)上，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了Ripsaw M5機(jī)器人戰(zhàn)車，它在無人地面車輛的技術(shù)基礎(chǔ)上，增加了可伸縮裝甲和懸架，提高了機(jī)動(dòng)性方面的技術(shù)，以應(yīng)對(duì)未來戰(zhàn)斗中的挑戰(zhàn)。

RCV-H是三種機(jī)器人戰(zhàn)車中體積最大的作戰(zhàn)平臺(tái)，重量為20～30噸，可搭載大口徑直瞄火炮或者其他重型武器，具有射擊致命能力。預(yù)計(jì)2023年研發(fā)機(jī)構(gòu)將對(duì)該型機(jī)器人戰(zhàn)車進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)測試。此外，該款戰(zhàn)車還可搭載各種傳感器組件，能夠與無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，也符合近年來美軍提出的“多域作戰(zhàn)”的理念。目前，美國陸軍正在使用M113裝甲運(yùn)兵車模擬RCV-H，將其改裝成無人駕駛戰(zhàn)車。這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是將“僚機(jī)”機(jī)器人戰(zhàn)車放在一個(gè)“有人”與“無人”混合的編隊(duì)中，該編隊(duì)的核心是一輛有人駕駛的戰(zhàn)車，它將作為操控多個(gè)機(jī)器人的操作平臺(tái)。不過，RCV-H也存在一些不利因素，如車體太重難以運(yùn)輸，一架C-130“大力神”運(yùn)輸機(jī)僅可空運(yùn)一輛RCV-H戰(zhàn)車。

美國陸軍的目標(biāo)是，在2026年裝備第一支機(jī)器人戰(zhàn)車部隊(duì)。這支部隊(duì)不僅能通過降低風(fēng)險(xiǎn)和利用新的能力提高作戰(zhàn)效能，還將確保指揮官們比敵人更快了解戰(zhàn)場，迅速做出決策。

“半機(jī)械”昆蟲機(jī)器人

美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）早在15年前就啟動(dòng)了一項(xiàng)與生物體配對(duì)的混合微機(jī)電系統(tǒng)計(jì)劃，即“機(jī)器人昆蟲”項(xiàng)目。研究人員提出，利用電子遙控或全球定位系統(tǒng)，可在100米范圍外控制昆蟲，將其送達(dá)距離目標(biāo)5米以內(nèi)的地方。一旦到達(dá)目標(biāo)，昆蟲在獲得新的指令前，將無限期停留在目標(biāo)地點(diǎn)，同時(shí)不斷向指揮點(diǎn)傳回傳感器的數(shù)據(jù)。這種植入昆蟲體內(nèi)的裝置是一種微電機(jī)系統(tǒng)，它由微型硅晶片打造，充當(dāng)控制平臺(tái)，一些微系統(tǒng)載荷設(shè)備也被安裝在這個(gè)平臺(tái)上，以控制昆蟲運(yùn)動(dòng)、傳感目標(biāo)地點(diǎn)環(huán)境，提供動(dòng)力。這種昆蟲機(jī)器人是一種“半機(jī)械”飛行器—一半是昆蟲，一半是機(jī)器。

2008年，DARPA已成功研制出蟑螂機(jī)器人。研究人員在蟑螂胸部植入一個(gè)電子設(shè)備，在操作員的控制下，蟑螂可以做左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和加速等動(dòng)作。這些指令通過無線傳輸從一臺(tái)電腦傳到安裝在蟑螂身上的接收器上。

目前，研究人員正在研究如何在蜻蜓、蜜蜂、老鼠和鴿子身上安裝“遙控炸藥探測器”。有證據(jù)表明，在蝗蟲身上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)獲得了成功。順便說一句，這種昆蟲機(jī)器人的動(dòng)力是由昆蟲自己產(chǎn)生的，所以不需要額外安裝發(fā)動(dòng)機(jī)和提供燃料。這一研究的前景十分誘人，但要制作一個(gè)半機(jī)械昆蟲機(jī)器人，必須保證信號(hào)能直接傳入昆蟲的神經(jīng)回路。在這種情況下，即使昆蟲試圖去做其他的事情，也可以由人工發(fā)出阻止指令。

研究者認(rèn)為，遙控昆蟲機(jī)器人會(huì)像其他智能機(jī)器人一樣實(shí)用。即使應(yīng)對(duì)復(fù)雜任務(wù)，也會(huì)獲得符合預(yù)期的結(jié)果。操作人員只需要對(duì)其設(shè)置一些參數(shù)，然后就可以“坐享其成”。但是，我們必須承認(rèn)，在測試場景下，機(jī)器人可以解決許多問題，在變幻莫測的戰(zhàn)場環(huán)境中卻很難預(yù)測會(huì)發(fā)生什么情況。如果這項(xiàng)研究獲得成功，DARPA將打造一系列“空中飛行昆蟲機(jī)器人”。隨著軍事作戰(zhàn)理論的進(jìn)一步發(fā)展，這些能在空中飛行的秘密小分隊(duì)也許會(huì)改變未來的戰(zhàn)場。