隨著科學技術(shù)的進步 機器人技術(shù)也日益精進

“機器人”一詞出現(xiàn)在1920年捷克科幻作家恰配克的《羅索姆的萬能機器人》中，原文作“Robota”，后來成為西文中通行的“Robot”。自1961年，世界第一個全自動機器人的誕生之日起，機器人就開始在許多領(lǐng)域代替人類完成各項工作，幫助人類解決許多難題，并逐漸實現(xiàn)了一些人力無法達到的目標，如在外太空或是深海中等不適人類生存的環(huán)境進行科考。隨著科學技術(shù)在廣泛交叉和深度融合中不斷創(chuàng)新，機器人技術(shù)也日益精進，本文即對各國機器人技術(shù)的新發(fā)展進行分類介紹。

一、偵察機器人

球型變形偵察機器人

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

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

可以偽裝成蘋果手機的間諜機器人

美國一家機器人企業(yè)正在研發(fā)一種尺寸、外形接近蘋果6的超微間諜機器人“阿努拉”。“阿努拉”是一種可以折疊的、呈長方形的旋翼4軸無人機，處于非使用狀態(tài)時，它的4個旋翼都可以折入機身，由此大大減小了體積，其尺寸與蘋果6接近，只是稍微厚實一些，能放入口袋中隨身攜帶。在使用時，“阿努拉”能通過wifi無線網(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，并將機載微型攝像頭拍攝到的畫面實時傳送 給智能手機或平板電腦。與此同時，特工可以通過智能手機或平板電腦對“阿努拉”進行遙控。

目前，正在測試的“阿努拉”原型機的飛行時速為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“空中電子獵犬”，可以追蹤或干擾附近的手機信號?！鞍⑴边€可以按照事先設(shè)置好的線路自動飛行并返航?！鞍⑴钡?u>制造成本不會超過200美元，其成本相當?shù)土?，所以它非常適合軍方或情報機構(gòu)大批量采購。

二、警用機器人

反恐防爆機器人

近日，美國聯(lián)邦調(diào)查局在一起追捕行動中為避免警員進入兇手家觸碰到危險裝置，派出防爆機器人先行探測。這款防爆機器人外形類似于一個小的軍用坦克，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物品。此外，該機器人還擁有可被遠程控制的多功能手臂，用來對危險物品進行操作。

機器人警察

在美國硅谷有24臺日夜巡邏的機器人警察Knightscope K5，這些機器人警察身高大約與5個足球相仿，重量約300磅，配有360度高清低光照視頻攝像頭和麥克風、音頻探測系統(tǒng)、自動車牌識別攝像頭、激光雷達設(shè)備、定向傳聲器、近距離傳感器、慣性測量裝置、輪測程裝置、緊急對講機，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時數(shù)據(jù)，通過一套預測性分析引擎進行分析，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，而且能在必要的時候自動返回充電。

三、搜救機器人

四足救援機器人

日本電氣通信大學開發(fā)的四足機器人，將機器人的腳落地時的沖擊力蓄積到彈簧上，然后像貓那樣靈活地移動，力爭在災(zāi)害現(xiàn)場用于跳躍瓦礫等障礙物以展開搜索。在開發(fā)過程中，研究人員借助貓行走的影像來分析其動作，并通過組合彈簧和馬達來代替肌肉功能。這款機器人的移動時速可達約3.5公里，今后還將在腿部的運動方面下工夫，進一步加快速度。

澳大利亞啟用消防機器人

澳大利亞方面為消防隊配備了消防機器人，用來應(yīng)對各種緊急情況。從外形上看，消防機器有點像變形金剛，配合上一個高壓水炮，這款機器人也被稱為渦輪輔助滅火機TAF-20。消防員可以在500米開外的地方對它進行遠程控制，保障消防員的安全。這款機器人擁有長達90米的噴水能力，即使是泡沫也能夠被噴到60米開外的位置，其內(nèi)置的一個高性能風扇可以幫助消防員進行很好的吹煙效果。除此之外，這款機器人還能夠從后面推動汽車前進，從而可以在火災(zāi)時更大程度上挽回財產(chǎn)損失。

四、科考機器人

尋找火星洞穴中定居點的機器人

美國國家航空航天局已經(jīng)提供資金給科學家與工程師，期待他們開發(fā)出一種可以深入火星洞穴的機器人探測器。這種探測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力推進器結(jié)合的方式可以在洞穴中錯綜復雜的熔巖管道內(nèi)從一個地點跳躍到另一個地點，并在其中尋找適合航天員居住的地方，保護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)史的新細節(jié)。

執(zhí)行火星任務(wù)的超級人形機器人

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

五、服務(wù)機器人

蛋形機器人

日本廠商MJI Robotics在國際機器人展上展示了一款名為MJI CommunicaTIon Robot的蛋形機器人。該款機器人配置了5英寸顯示屏，內(nèi)置電話功能，默認狀態(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，重3公斤，支持WiFi和LTE連接，配置用于動作追蹤、面部識別和監(jiān)控的攝像頭。MJI主要面向老年人以及需要簡單人機交互界面操作科技設(shè)備的人群，借助語音技術(shù)，MJI無需用戶“動手”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)系人報警。MJI RoboTIcs還計劃提供面向兒童的教育、講故事功能以及智能家居功能。

平衡機器人

英特爾推出了一款平衡車——Segway Robot，它被稱為是“私人運輸車”。雖然它的外形看起來跟傳統(tǒng)平衡車沒什么差別，但卻可以通過一個按鈕將其變成一個私人機器人。Segway Robot平臺將對外開放，這樣開發(fā)人員就能開發(fā)出各種各樣的程序來讓這款機器人去執(zhí)行不同的任務(wù)。

機器人行李箱

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

六、仿人形機器人

達爾文

美國加州大學伯克利分校機器人學習實驗室的研究小組研發(fā)出一款名為達爾文的機器人，該機器人的一舉一動都由數(shù)個擬神經(jīng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制著，通過使用增強學習技術(shù)，達爾文能夠模仿人類兒童大腦的學習方式對不同情況作出不一樣的反應(yīng)。雖然機器人在平坦的地面行走沒有任何問題，但當任務(wù)一變量（如臺階或斜坡）出現(xiàn)時，它們就不知該如何應(yīng)對。為了能使機器人在復雜的環(huán)境中靈活應(yīng)變，加大伯克利分校的研究小組在達爾文上使用了通用型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)實際上就是模仿人類大腦進行學習的算法。這些算法從一開始就被設(shè)計成通用型的，它們不是具體的單一的走、握或洗碗動作，而是能適用于所有這些動作的算法。如果機器人能夠自我學習，那么它運行所需的硬件控制人力投入就會減少，這樣就可以降低機器人的制造成本。加州大學伯克利分校的科學家們希望能將擁有完全自主意識的機器人變成現(xiàn)實，使機器人能夠靈活地執(zhí)行很多只有人類才能執(zhí)行的任務(wù)。

Walk-Man

意大利科學家開發(fā)出一款名叫Walk-Man的人形機器人，它能像人類一樣運用四肢，對周圍環(huán)境做出反應(yīng)，從而保持平衡?？茖W家希望它將來能承擔拆彈、救火等高危工作，使人類不必以身試險。

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設(shè)備和激光掃描儀，能夠進行高速計算，行動起來比較靈活。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，如果能讓機器人成功模仿人體結(jié)構(gòu)，事情就會容易得多。加強Walk-Man對周圍環(huán)境的辨識和認知能力，可以放開手腳，讓它獨立承擔任務(wù)，但是如果任務(wù)過于復雜，它還是需要有人進行遠程操控。為了確保不出事故、維持平衡，Walk-Man會刻意犧牲一定的速度，所以行動起來可能會比較緩慢。

可替代真人完成危險工作的類人遙控機器人

2010年至2015年間，俄羅斯非政府組織Android Technics與俄羅斯中央機械制造科學研究所在研發(fā)一個機器人技術(shù)系統(tǒng)，用于遠程開展科學實驗，在實時條件下在外太空控制和保養(yǎng)科學技術(shù)儀器及其它機器人。研究人員稱，該復制控制模式使用到特殊服裝，能夠讓操作員感受到機器人控制工具時所用的力量，在控制Robonaut-2、Telesar V、SAR-400、SAR-401和JusTIn這些型號的機器人時使用。在遙控模式下能夠不間斷地控制機器人動作。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。研究人員認為，此次研發(fā)對月球和火星探測也具有現(xiàn)實意義，機器人技術(shù)系統(tǒng)可部署站點，準備內(nèi)部艙室和外部基礎(chǔ)設(shè)施，維修設(shè)施結(jié)構(gòu)，而無需將人員置于可危及生命的條件中。

七、仿生機器人

竹節(jié)蟲六腿機器人

德國比勒菲爾德大學研究人員先研究了竹節(jié)蟲腿部運動規(guī)律，然后研發(fā)出一個可以走上樓梯并穿過多石地面的竹節(jié)蟲機器人，將其命名為自主認知六腳操控機器人。為了復制大自然的設(shè)計，這些機器人專家給它配上6條機器腿，使其可以順利通過粗糙地面。這些機器腿共有18個彈性很強的關(guān)節(jié)，每條腿都塞滿傳感器，這有助于竹節(jié)蟲機器人得到關(guān)于地面的反饋信息，使其可以翻越前方物體，這些腿獨立控制，可確保這個機器人的穩(wěn)定性。與此同時，每個關(guān)節(jié)都含有一個用來模擬竹節(jié)蟲行為的驅(qū)動器。比勒菲爾德大學研究人員認為，他們制造的竹節(jié)蟲機器人可能有助于開發(fā)新類型的自動搜索和營救車輛。這個自主認知的六腳操控機器人可以運載比它身體重最多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，卻可負載66磅（約合30公斤）物體。因此，它還可令機器人在困難地形上運載貨物，或幫助太空科學家探索其他星球。它的運動通過“生物啟發(fā)算法”進行控制，這個算法是科學家根據(jù)竹節(jié)蟲運動規(guī)律開發(fā)出來的。雖然它的驅(qū)動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知六腳操控機器人有能力穿越一個有障礙物的自然環(huán)境。研究人員認為，開發(fā)一個在困難環(huán)境中協(xié)調(diào)自主認知六腳操控機器人腿部運動的控制系統(tǒng)是其目前他們面臨的挑戰(zhàn)。

蟑螂機器人

受蟑螂行動特征的啟發(fā)，俄羅斯加里寧格勒州研究人員已經(jīng)研制出一種蟑螂機器人，能夠掃描周邊環(huán)境并跟蹤周圍物體。該機器昆蟲可以每秒31厘米的速度行進。每個蟑螂機器人身長約10厘米，配備有光敏傳感器以及其它可探測障礙物的傳感器。當前這款蟑螂機器人原型能一次性獨立活動20分鐘，未來研究人員將改進設(shè)計，盡可能延長其活動時間。研究人員還計劃增強該機器人的偽裝性，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器人，它不僅外型類似《星球大戰(zhàn)》中的殲滅者戰(zhàn)斗機器人（Droideka），還能夠以滾動或行走的方式移動。這部機器人名叫QRoSS，外殼采用了圓形設(shè)計，并由高耐久度的材料所制作而成。而其機身內(nèi)部還有四條機械腿，可自動伸展并進行四足運動。如果不想這么麻煩，QRoSS還能夠直接在地上滾動。和同類型機器人不同的是，QRoSS具備可投擲的特性，這也大大增強它的實用性，使其可以被用在許多危險的環(huán)境當中。

瑞士開發(fā)四輪機器人可借螺旋槳動力輕松攀爬墻面

瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所迪斯尼研究院研究人員開發(fā)了一款可以借助螺旋槳動力從地面導航開始，爬上垂直墻體表面的四輪機器人，目標是擴展容易被墻面攔阻的輪式機器人的功能。這款機器人的原型大約60厘米長，裝配了兩個螺旋槳作為動力來源，允許其在遇到一堵墻的時候自動轉(zhuǎn)換成攀爬模式。后面的輪子將機器人推上墻，前面的輪子則給出一個向上的拉力。碳纖維底板和3D打印部件幫助機器人減重到2公斤以內(nèi)，如果稍微重一點的話可能導致機器人從墻上翻轉(zhuǎn)跌落到地面。雖然機器人的鋰電池只能持續(xù)10分鐘，但研究人員相信，這個普遍問題會隨著電池領(lǐng)域的進步得以解決。此外，螺旋槳系統(tǒng)的成功運用解決了從垂直墻面到天花板的移動難題。研究人員認為，除了用來娛樂，這種攀爬能力對工業(yè)檢測機器人來說非常有用，或許還能用來制造真空吸塵器以及無人駕駛汽車。