机器人的“燃料”手臂

朱蒂

在常见的美国大片中，机器人都力大无穷，有着用之不尽的能量。近年来，电脑动画堆砌出了华丽的大片——《变形金刚》。在电影中，变形机器人伸手扫开汽车和卡车，就像随手挥开烤肉上盘旋的虫子一样容易；与此同时，它还能毫不费力地追赶上四处逃跑的人们。与机器人相比，人类显得多么渺小和无能为力。

不过，这种“影院物理”在真实世界却是行不通的。在真实世界里，即使最先进的人形机器人也远逊于它们想要效仿的人类。举例来说，本田的P3型机器人重129公斤，身高1.6米，是个虚弱得可怜的矮胖子，行走速度仅为每小时2公里。美国范德堡大学的机械工程教授迈克尔·戈德法布解释，机器人行动不便的最大原因在于，机器人本身配备的电池重达30公斤，而且充一次电只能维持20分钟。

近10年来，戈德法布一直在研究高储能方法来为人形机器人提供能源，现在他也许找到了一种解决办法：火箭燃料。他和他的学生研制了一个仿真义肢（燃料型机器手臂），这个仿真义肢具有普通电池难望项背的性能。

利用航天工业中常用的过氧化氢推进剂与小剂量镀铱铝（一种催化剂）混合后产生巨大反应的原理，戈德法布实验室里的燃料型机器手臂可以克服重达11公斤的阻力（其释放出相当于原体积200倍的蒸汽，足以支持一套气动装置来控制关节的开合）。戈德法布承认，这还远不能与人类相比，但供能系统超过普通电池的10倍有余。而且，当推进剂消耗完后，换个盒子也很容易，不过几分钟而已。

燃料型机器手臂不仅能做普通义肢的工作，而且更为仿真。目前，市场上的机械义肢只有两个关节；而戈德法布发明的却有21个关节，可以模仿人手的运动方式，好比靠近指尖部位的两个关节总是一前一后依次运动一样，也可以自由运动。戈德法布说：“大自然早就知道，仅靠一个关节的运动是完全没有多大作用的。”

戈德法布是通过一种外骨骼技术来控制实验样机的，即使用者将外骨骼装置套在手臂上，机器手臂就会模仿人手的运动（手指部分由控制杆操作），可以实现距离和速度的操作。他的学生用这个手臂抓起了一个易碎的灯泡，还从盒子里抽出一张纸巾，这都显示了该装置精准的协调性。

戈德法布也谈到，有些研究人员正在着手人造皮肤的研究（外表看似和断肢者原来的肤色相同），他们试图通过人造皮肤将机器手臂产生的水蒸气挥发出去，即通过内层（吸收层）将水蒸气收集，然后通过充满气孔的外层（人造皮肤）挥发出去，就好像真的肢体出汗一样。戈德法布说：“人造手臂的‘出汗量和一个人工作后的出汗量大致相同。”

戈德法布同时还在研制人造下肢以及一台六足探测机器人，用的都是相同的动力技术。戈德法布是应美国国防部下属的国防高等研究计划局（OARPA）的要求研制燃料型机器手臂的，这是一项整体研究计划中的一部分，最终目标是发明一种可以自我维护、运行自如的仿真手臂，与人类的神经系统相连接。DARPA 2006年开始了这个“完美义肢”项目，旨在帮助截肢患者为他们提供近乎完美的肢体。现在，食品药品监督管理局（FDA）批准了其中一个项目开发出的一款名为DEKA的义肢。

戈德法布说，目前，他的实验室还没有开展人造手臂与人类神经系统连接的研究，而犹他大学、加州理工大学、约翰·霍普金斯大学以及芝加哥康复中心的研究人员进行了这方面的尝试，包括通过芯片解读大脑发出的电子信号，再转换成义肢能够接收的无线信号。

相信在不久的将来，这些机器人的“燃料”手臂会给残疾人带来意想不到的惊喜。endprint