机器人“逆火而行”?

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美国海军研制的一款名为SAFFiR的艦载自主性消防机器人。

  逆火而行,在关于此次天津滨海新区爆炸事件的报道中,这恐怕是被运用得最多的一个词语——逆着人流,向火场最深处前行,罔顾生死。
  现实是残酷的,尽管看似装备精良,“救火队员”们在此次事故中,伤亡惨重。悲叹、唏嘘之余,我们更加认清了防患于未然的重要性,另一方面,我们也将目光投向了——机器人救灾这一陌生的领域。
  假如进去的不是消防员
  尽管有着重重装备的保护,人类的生命在数吨乃至数十吨TNT当量级的爆炸面前,依旧是脆弱的。于是,我们不禁设想,假如,在“8·12”爆炸发生的第一时间,进入火场的是消防机器人,而非血肉之躯的消防队员,至少他们的命运肯定会有所不同。
  随着社会经济的发展,各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多,相应地,油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患也就不断增加。这些灾害的特点恰恰在于突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难。而一旦此类灾害事故发生,消防员在面对高温、黑暗、剧毒和浓烟等各类极度危险的环境时,若没有配备相应的设备便贸然冲进现场,不仅难以完成任务,人员伤亡的几率亦会大大增加。
  在如此背景之下,作为特种机器人中的一类,消防机器人应运而生,在灭火和抢险救援中发挥着越发重要的作用。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈,有效地解决消防人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。
  或许对于国内而言,将机器人投入于消防,是一个十分陌生的领域,但在国际上,这一领域早已褪去了神秘的面纱。世界上最早展开消防机器人研究的国家是美国和苏联,随后,英国、德国、法国、日本等发达国家也纷纷加入了研究消防机器人的行列。
  查探内部情况、清理灾难现场、救助被困人群,如此种种,在更为广义的概念上,我们可以将消防机器人推广到救灾机器人这一概念之上。经过数十年的努力,机器人的研究取得了长足的发展,各国取得的成就也自然颇为丰硕。
  以美国为例,早在1994年,美国就已研制出能依靠感觉信息控制的救灾智能化机器人,如用于探测阿拉斯加州斯珀活火山的“但丁2号”,抓获杀人犯的RNl-9型遥控消防机器人等。
  就在今年,美国海军宣布研究出了一款名为SAFFiR的舰载自主性消防机器人,并于今年2月在华盛顿举行的美军未来部队科技博览会上予以展出。SAFFiR是一台人形机器人,身高5英尺10英寸(约1.77米),重量为143磅(约65公斤)。该项目由美国海军研究署(ONR)赞助,美国海军研究署(NRL)负责整个项目的研制工作,弗吉尼亚理工大学的研究者们则负责了具体的开发工作。此前,这一研究项目已经持续了整整5年。
  SAFFiR独特的机制设计和装备使其能够在整个舱船上自主移动,处理人类难以承担的危险消防任务。NRL为该机器人设计了增强的多模态传感器技术和传感器套件,包括一个摄像头和一个气体传感器,使红外摄像机能够透过烟雾看到事物,这就克服了火场中视线不清的状况。动力方面,SAFFiR由电池供电,足够维持30分钟的能量。相比于早先依靠履带或轮子行走的机器人,SAFFiR的一大突破在于行走方式和灵活程度,钛合金弹簧模拟的人类关节提供了足够的灵活程度,弗吉尼亚理工大学开发的两足仿人机器人技术则使机器人能够在各个方向行走乃至奔跑,甚至可以在楼梯上爬来爬去,克服颠簸不平的环境执行消防任务对它来说并不是什么难事。
  SAFFiR的另一大突破则在于与人类的交互能力,SAFFiR有一个界面,不但让它能够理解人类的手势,而且可以做出回应,它甚至还可以理解人类的自然口语。在2014年11月的最新的一次试验中,SAFFiR登上了美国海军退役的“沙德维尔”号试验舰,通过热成像识别设备控制身上携带的软管,成功完成了消防试验。
  2013年被谷歌收购的美国机器人公司Boston Dynamics在救灾机器人研制方面,也有几款称得上是“神来之笔”的作品。
  Boston Dynamics官网上出现的机器大狗Big Dog就是其中之一,可千万别认为这个看起来有些可笑的机器人是来卖萌的。由汽油机驱动的液压系统能够带动其有关节的四肢运动。陀螺仪和其他传感器帮助机载计算机规划每一步的运动。机器通过四条腿来保持身体的平衡,每条腿有三个靠传动装置提供动力的关节,并有一个“弹性”关节。这些关节由一个机载计算机处理器控制。如果有一条腿比预期更早地碰到了地面,计算机就会认为它可能踩到了岩石或是山坡,然后就会相应地调节自己的步伐。
  精巧的设计使得机器大狗能背负重物在地形复杂的环境行走、奔跑、攀登。它3英尺长、2.5英尺高,重240磅,有四肢,看起来和狗无异,奔跑速度达到4英里每小时,能爬上35度的坡,背负340磅的重物。它甚至能在冰上行走并保持平衡,或者被推而不倒。应用于救灾现场,改装后的机器大狗可以查探现场情况,完成物资乃至伤员的运送。
  可以大范围快速运动的Little Dog(小狗)以及Rise爬墙机器人在实际应用中也是大有可为。
  提到救灾机器人,我们就不得不提到日本这个国度——频繁的地震和火山喷发,让这个岛国具备了极其强大的抗灾能力,在救灾机器人的研制方面,日本也可谓是首屈一指。
  早在80年代,日本就已研制出了不少于5种型号的自动行驶灭火机器人,分别配备于大阪、东京、高石、太田、蒲田等消防部门,这类机器人以内燃机或电动机作为动力,配置驱动轮或履带式行驶机构,能爬坡、越障碍;装有较大喷射流量的消防枪炮,能作俯仰和左右回转;装有气体检测仪器和电视监视设备;通过电缆或无线控制,控制距离最大可以达到100米甚至150米。另一类机器人为侦察、抢险机器人,除装有气体检测仪器和电视监视器设备外,还装有机械手,能通过遥控处理危险物品。发展到现在,横滨警视厅研发的一款履带机器人甚至可以在火场中救出110公斤以下的被困人员。   日本大阪大学著名的救灾机器人研究专家田所悟志研制出的蛇形机器人,可以深入高低不平的地震废墟深处,其顶端带有一部小型监视器,配合身体部位安装的传感器,可以在地震后的废墟里寻找幸存者。千叶工业大学研究的Quince机器人体积小,作用却不小,除了开门、探路等功能,火线传感仪和二氧化碳传感器使其得以探测到人的呼吸与体温状况。
  英国华威大学的学生们设计研发出的一款用于地震救援的机器人,其特殊之处在于它的主要传感器是Kinect。相较于常用的激光雷达,Kinect更便宜,效率更高,可以传送三维图像资料,在地震中可以帮助救援人员定位被困人员。
  总而言之,救灾机器人在世界范围内尤其是发达国家,具有较为广泛的应用和相对先进的技术。
  展望未来
  DARPA Robotics Challenge,简称DRC,由美国国防部高等研究计划署名(DARPA)举办,举办时间不长,实力却很强劲,参赛的队伍无一不是世界顶尖的机器人研发团队。比如大名鼎鼎的乔纳森·霍斯特,他的团队来自著名的俄勒冈州立大学,代表作是“踹不倒的双足怪”。
  他对今年的DRC决赛给予了充分肯定:“规模之大,史无前例,难怪有人称其为机器人界的伍德斯托克嘉年华(目前世界上最大规模的系列摇滚音乐节)。”
  DRC的终极目标在于开发出能帮助人类面对自然和人为灾难的机器人,具体而言,就是提升机器人的自主能力、进入危险地带或极端环境营救人类,助力灾后重建与搜救行动。
  比赛规则规定机器人必须由自身提供电力,无外部机械支撑,并且与团队的通讯有数量限制。在两天的时间内,每个机器人都有两次机会去完成一个有八项任务的障碍赛,包括:驾驶、穿过一扇门、打开阀门、在墙上打孔、处理垃圾,和上下楼梯,还有使用安全绳,跨越障碍,使用普通工具等等。
  规则很变态,奖励自然也很丰厚,头奖200万美元,二等奖100万美元。
  今年的获奖者是DRC-HUBO,其设计者来自一个联合小组,包括拉斯维加斯内华达州大学和韩国“KAIST”的研究人员。DRC-HUBO机器人调节关节的精准度是它的优势,所以稍微比竞争对手动作更快一些,以44分钟28秒的用时完成闯关,获得了最高分8分。“KAIST”团队因而赢得了200万美元的大奖。
  从DRC这一世界顶级的机器人设计大赛,我们便得以窥见当前救灾机器人的发展状况。
  就目前来说,救灾机器人的发展,颇有前景。救灾之外,机器人的应用已经可以扩展到生活的方方面面。因而,各国政府对于这一领域的投入也可谓是不惜成本,重视程度很高。
  但是正如HUBO设计团队的一员保罗所说,“它的个头和力气都和一个10岁小男孩相仿,”——“但是,你不会让一个10岁小孩去灾难现场的,你要的是20多岁的消防員汉子。”
  在机器人的救灾能力、续航能力和智能化道路上,还有很长的一段路要走。
  以SAFFiR为例,其电池续航能力仅仅为30分钟,这也就限制了其深入灾情现场的能力,限制了其搜救范围,此外在高温的火场中,机器人内部的各种精密部件能否保证不受影响,又或者说在部分受损的情况下能否继续完成搜救,也是一大问题。
  据美国海军研究实验室宣布,他们的目标是实现人类和机器人“像一个团队一样协同作战”。另一款正在开发中的美国军用机器人Alpha Dog,其团队也有类似的研发概念。Alpha Dog这种四足机器人将被安装视觉传感器和一个界面,并将拥有更优越的“听觉功能”,可按照士兵“停”、“坐下”和“过来”等指令做出相应动作,能够和士兵们“像训练有素的动物和训练者之间很自然地交流”。
国产消防机器人。

  这就涉及到一个智能化的概念,也就是如何让机器人能够像一个人类消防员一样去判断、处理灾情状况,而不是单纯地人为操纵——某种程度上,这会降低搜救效率。
  智能化需要发展,但是其发展的程度,是我们需要控制的。
  美国科幻作家艾萨克·阿西莫夫在1942年发表的作品《Runaround》中曾明确提出了机器人发展的三大定律:
  第一定律:机器人不得伤害人,或任人受到伤害而无所作为;
  第二定律:机器人应服从人的一切命令,但命令与第一定律相抵触时例外;
  第三定律:机器人必须保护自己的存在,但不得与第一、第二定律相抵触。
  这无疑是人类对于高级机器智能发展速度的一种担忧,人类进化的速度显然比不上如今电脑智能的运算速度,高速的运算能力给机器智能带来了更多的可能性,我们需要利用这种可能性,却也要提防这种可能性。
  无论是《终结者》系列中的天网,抑或是《机器纪元》中的机器人,无一例外地都发展出了超越人类控制的人工智能,那些可能进化出恶意的机器人,或许会在未来的某天,将我们人类逼到一个绝境,只是不知那时,会否有施瓦辛格一样的善良机器人,回到过去,改变历史?
  这或许只是一句虚无缥缈的担忧,但是,如何利用好机器人的人工智能,是我们务必要思索的一大问题。
  而在当下,只能机器人高昂的成本和维护费用,也成为了制衡其发展的一大要素。
  2015年DARPA机器人挑战赛的评委阿尔提普拉·巴卡尔这样说:“比赛希望能甄选出可在福岛核电站这种人类无法接近的危害发生地担负现场急救任务的机器人。虽然就现在看来,全球各个机器人团队的研发还停留在模拟阶段。”任重而道远,这是目前对于这一领域的最好诠释,所幸我们可以看到机器人研究的蓬勃发展趋势。
  视线回到国内,国内对于这一领域的研究还处于相对稚嫩的阶段,但也有上海交通大学、南京航空航天大学等高等学府取得了不少建树,随着研究方向逐步与国际接轨和资金投入力度的加大,相信在不久的未来,我们会看到越来越多的救灾机器人出现在国内救灾的第一线。
  早些时候,2012年,弗吉尼亚理工学院曾为美国海军设计了一款CHARLI-2消防机器人。这种机器人可以跳当时流行的“江南Style”舞蹈,一举在YouTube上走红。而随着机器人科技的发展,不仅仅是救灾,生活、工作、娱乐……机器人终将进入人类社会的方方面面。
  合理加以利用,人类的生活终将愈加丰富多彩。
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