灵巧——机器人的感觉

+ 刘进军 编译

灵巧
——机器人的感觉

+ 刘进军 编译

美国航宇局设计灵巧太空机器人时，标准是速度更快、结构更紧凑、行动更灵巧。为了在太空的行动更灵巧，机器人的行动规则必须遵循太空动力学和太空运动学的原理，在微重量的环境下比宇航员更灵巧稳重。

虽然，机器人不会得太空病，但机器人的身体结构，必须尽量符合人类的人体工程学，平衡人、机、环境三大要素之间的关系。因为灵巧完全仿真模拟人类的动作，人类的人体力学、人体运动学也适用于太空机器人，某些功能要胜过人类。

灵巧怎样仿真模拟人类的动作呢？

1.灵敏的传感器系统

传感器是一种能自动检测、测量感觉，产生信息信号的仪器，一般由敏感元件和转换元件组成。传感器按照工作原理，分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。传感器品种繁多，广泛应用于航天科技、工业制造、医学医疗、生物工程等各行业业。“R-2”拥有各式各样的传感器，把压力、力量、速度、硬度、温度、位置等感觉信息传送到分系统处理器或中央处理器。处理器根据程序、特征和算法，计算判断人、物体、运动等事物。

2.超强的机电系统

灵巧的体内布满超强的液压和机电系统。根据系统指令，液压和机电系统产生动力，指挥手指、手臂和身体，异常灵活地做出各种高难度动作。灵巧不仅可以像宇航员一样操纵所有的机器设备，在“国际”空间站充当人类助手。灵巧还可安装在月球车上，进行外星球的地质探索，所以能成为外太空高危作业的最佳人选。

3.逼真的网真系统

网真系统，又称多媒体信息共享系统。网真系统是一项远程多媒体控制解决方案，最大的魅力是身临其境般地参与现场的交流，创造临场感。一个优秀先进的机器人，必须具备网真系统：图像配准、立体声、双眼视图、视图视野、图形叠加功能和语音识别功能等。在机器人的网真系统，操作者使用包括头盔显示器（HMD）、触觉反馈手套、手臂力量传感器等设备；使用虚拟现实临场感的显示技术，直观地指挥机器人工作。这样，他或她感觉自己好像就是机器人，做出各种姿势动作。立体显示头盔提供视觉影像，包括来自机器人头部摄像机的实时视频。头盔显示器提供机器人对环境的观察，方便直观的操作，并与场景自然互动。

灵巧将帮助太空行走任务的宇航员：合作愉快！

4.精确的中央处理器

灵巧的电脑的中央处理器有一个指令系统。中央处理器根据传感器系统、网真系统等的信息，指令机电系统工作。当然，操作者必须控制高度灵巧的手指和手的动作，通过手套的手指姿势传感器跟踪机器人的手指动作。弯曲敏感材料被用于跟踪每个手指的方向。这些信息用来指挥机器人的手指动作。通过复杂的操作，机器人就能作出与操作者的手、臂、身体一致的直观的精确动作。

2009年开始，美国宇航局喷气动力实验室的刘汉铨博士，对灵巧进行了一系列智慧、力量和反应能力的测试。

刘汉铨博士：“现在，你举起一端，我举起另一端。我要你做的时候看着我。仰视我，对！现在我希望你拿取一根弯铁棒。现在，你回头看，你的铁棒就在那里。让它变直。它是不是太弯曲？如果是，你就对我点一点头，停下来。行！宝贝，现在再弯曲它，把它弯曲成这样。好，现在把它扳直，非常好。帅哥，现在你把它弄弯成其他形状。好，现在进行清理。好，现在我要你回去。……行，停在那里。现在我要走了。好了！帅哥，放开我。

灵巧发短信有逻辑，但不带感情

灵巧很有成就感。视频显示：它协助工作人员炫耀一根金属棒。

刘汉铨博士说：“好孩子，我们将开始这两条电线握紧或松开练习。在您的左手，这条电线。对！

远程操作员：“握紧左手。”

灵巧：“左手握紧。”

刘汉铨博士：“用你的右手拿住电线。

远程操作员：“松开右手。”

灵巧：“右手松开。”

刘汉铨博士：“现在放在一起。你来拿我的电烙铁和扳手。很不错，你得到了它。现在还给我吧。”

远程操作员：“松开右手。”

灵巧：“右手松开。”

刘汉铨博士：“行。好好焊接，完成工作。”

视频显示：灵巧机器人帮助一个人把两条电线焊在一起。

美国宇航局公布了一段扣人心弦的视频：灵巧仿真攀爬“国际”空间站金属桁架。

刘汉铨博士：“双手像把握方向盘。”

远程操作员：“松开右臂。”

灵巧：“右臂松开。”

刘汉铨博士：“握住把手。”

远程操作员：“握紧右手。”

灵巧机器人：“右手握紧。”

远程操作员：“松开左手。”

灵巧机器人：“左手松开。”

刘汉铨博士：“来吧，把握在这儿。”

远程操作员：“不许松左手。”

灵巧机器人：“左手握紧。

远程操作员：“松开左手。”

灵巧机器人：“左手松开。”

刘汉铨博士：“松散地掌握。太紧了。很好，在那里。”

美国宇航局喷气动力实验室和刘汉铨博士的鉴定评价是：灵巧能与人同步运动，反映快速精确，完全达到设计目标，可以进入国际空间站工作。

太空超人

2011年2月24日，灵巧搭乘“STS-133”航天飞机航班发射升空，送到国际空间站。8月22日，灵巧在低地球轨道首次激活，进行了没有运动的动力系统测试。10月13日，灵巧首次在太空中移动，在国际空间站内部执行维护任务，如吸尘或清洗过滤器。

“yes，Sir！保证完成任务！”

美国宇航局已掌握顶级机器人制造技术。真正的“太空超人”近在咫尺。国际空间站为人形机器人提供了一个理想的舞台。人形机器人将拉开太空探险新时代的序幕。

首先，太空机器人灵巧将被固定在“命运”号实验舱里的一个位置，但目标是为灵巧后来的自由行动做准备。科学家只给灵巧装了一条腿。宇航员不需要一个有两条腿的机器人在空间站里摇摇晃晃地走来走去。它能够在不同的地方抓住并固定住自己的身体。它要学会利用手，从一个地方移动到另一个地方，最后像一般宇航员一样在周围行动。

科学家将测试灵巧在零重量空间环境的工作状态，进行太空环境对灵巧的影响并评估。让它慢慢从简单的任务开始逐步获得进步，就像监测它的健康状况一样，慢慢进行更复杂的工作。

“STS-133”航班机组人员与灵巧合影

灵巧拥有监督下的自主权。在限制范围内，它可以自主运行。控制人员将发送命令程序，让它自己思考，作一序列的动作。这就像对火星漫游车“勇气”号和“机遇”号的控制一样。两者有一点区别。控制人员可以“看到”它。如果在月球或远地轨道，它的视频信号不到2～6秒就发送到控制中心。如果从火星将视频信号发送到地球，时间通常超过10分钟。当控制人员看到灵巧的做一些不妥的动作，马上就可以告诉：停止，试试做另一项。

灵巧，一位新的宇航员。开始，科学家会给予它很多详细规定。当它做一些与本职工作无关的事情的时候，可以出来制止它。人们会更充分地开发这个机器人的视觉系统，让灵巧能够做细微的动作，自己调整到能抓住任何一个目标。

原来，灵巧还是独腿飞侠。科学家完全可以给灵巧装上双腿或轮子。也许有一天，灵巧的弟弟们会登上一颗行星或小行星，并提前为人类建立工作站或栖息地。灵巧肯定会成为一位经验丰富的宇航员。当其他宇航员做错事，说“对不起”时，灵巧也许会说：“没关系！以后聪明点就行了。”宇航员一定会抱怨发牢骚：虽然灵巧很有趣和令人兴奋，但总感觉我们将被解雇，丢掉饭碗。

灵巧喜欢夸奖，不喜欢说它是独腿飞侠。2014年4月，为了不伤害灵巧的自尊心，美国宇航局将灵巧的两条腿空运到国际空间站。美国宇航局宇航员史提夫 斯旺森在国际空间站给灵巧装上双腿，完成升级，指挥各种活动。灵巧迈着两条大长腿，好像螳螂一样在国际空间站四处溜达。

灵巧在国际空间站操作飞行

目前，灵巧还没有语言系统，所以缺乏幽默和口才。虽然拥有语言系统比较容易，但它暂时还不需要这项功能。空间站需要的是一个会干活的工人，而不是一个铁嘴铜牙的空间站站长。宇航员们说：感谢上帝！幸亏这家伙不会说话，不然我们谈情说爱都被它偷听，到局长那里打小报告。

机器人：努力进化，为人类服务，耶！

灵巧的前途无量，将在未来的太空探索中扮演越来越重要的角色。灵巧的头上安装有视觉传感器，手指上安装了压力传感器。它能够以超过人类的精确动作操作武器。根据“R-2”的智慧和功能，它完全可以在太空捕捉、检查、修理卫星等航天器，如给卫星加充燃料，换个零件等。

当然，它也可以执行太空追杀行动，攻击敌人的航天器，给敌星输入启动病毒程序，让敌星充当自己的间谍，或散布传播虚假信息，直至黑了敌星的“大脑”；在较大的卫星后面打个黑枪、钻个小孔，动点外科小手术；将那些毫无反抗能力的小卫星抓住、俘虏，如果再来点暴力，干脆砸扁撕碎。

机器人宇航员，玩的就是科技、勇敢、冒险和心跳。