身手不凡的智能仿生机器人

席金合

随着人工智能技术的飞速发展，形形色色的机器人，以各自的专业优长，成为某一方面的行家里手，在众多领域为人类服务。特别是人们根据特定需要，仿照动物打造出肢体发达、身手不凡的机器人，具备运动员的特殊技能，可在赛场上一较高低。2022年北京冬奥会即将举行，如果组委会允许的话，下面这些特殊“选手”进场献技，一定能增添“人”气。

猎豹机器人——短跑

美国麻省理工学院研制的机器人“迷你猎豹”，动作十分敏捷，在快速奔跑中，如果遇到石块、树桩等障碍物，能纵身一跃而过——它完全可作为400米跨栏选手，参加田径比赛。研制者期望，它将来可成为战场上能够逃避敌人追捕的猛士。

擅长奔跑的动物，其身体结构和运动机能是科学家设计“迷你猎豹”的灵感源泉。的确，“迷你猎豹”的腿关节灵活，脊椎和颈部能活动，奔跑中能冲刺、转弯，并能紧急收住脚步停下来。它的各处关节装有缓冲弹簧，可减轻冲击和震动，防止肢体损坏;它的四条腿用电机驱动，可实现交替换步。它还能一跃而起，在空中实现360度向后翻滚或侧向翻滚，落地时四腿可平稳支撑。

动物是怎样行进的？由脚底蹬地的角度和力量决定。力量越大，走得越快，但身体不稳;力量越小，行走越慢，身体就越稳。据此，“迷你猎豹”可根据不同地形，通过储存在“大脑”里的运动指令，自主控制脚部力量，确保速度适中和身体平衡，最高以16千米/小时的速度前进。

也许有人会说，比起自然界的猎豹奔跑时122千米的时速，这也太慢了吧？而美国波士顿公司研制的“猎豹”机器人，行进时速达29千米，从而打破了有腿机器人的运动速度最高纪录，成为跑得最快的四腿机器人。显然，相比短跑运动员，还差得很远。不过，这已经很不错了，让四肢僵硬的铁家伙，像动物那样奔跑，面临的技术难关还有很多，有待科学家进一步攻克。

婴猴机器人——跳高

大家知道，美国著名的NBA球员威廉姆森，竖直弹跳高度达1.18米，这样的功夫十分了得。然而，美國加州大学伯克利分校研制的名为“Salto”的跳跃机器人，身体充分伸展时，只有一根筷子长，却能竖直跃起1.2米高。这相当于身高1.7米的人，跳到6米多高！曾经的世界跳高冠军朱建华，身高1.8米，打破世界纪录的成绩是3.36米，这还离不开助跑。

这款单腿机器人的本领不仅限于此，它还能跨越障碍物;当它跳到墙壁上后，如同牛蛙一样，腿用力一蹬，选择方向弹开;所以，它有一个雅号：“地形障碍上的跳跃者”。研制者设计这种弹跳高手的灵感，源于最擅长跳跃的动物一一婴猴。生活在非洲森林的婴猴，是动物王国中的垂直跳跃冠军，它能在短短4秒内完成5次跳跃，最高可达8.5米，而这款机器人的跳跃能力，达到了婴猴的78%。

为了在跳跃前能够积蓄力量，设计师给这款机器人的大腿设置了弹性变形机构：当它跃起的瞬间，大腿突然释放的力量，相当于体重的14倍，如同跳蚤一样轻松跳起，有92%的时间都处于空中，几乎是在飞。为了实现连续跳跃，这款机器人在半空中用“尾巴”和“触角”上的两个小螺旋桨控制姿态，迎接下一次落地弹跳。

这种小巧的机器人最大的能耐，是能“感知”自己所在的位置、朝向及腿的弯曲度，根据地形决定跳多高、向哪儿跳，以便跃人其他设备或人无法到达的地方，执行特殊任务。研制者试图通过改进，使它能跳得更高更快，适应复杂环境的工作。

袋鼠机器人——跳远

袋鼠强健的后腿爆发力惊人，是用两条腿跳得最远的动物。它疾速行进时，可向前跃出13米，如同小轿车在飞驰。如果依照袋鼠的跳跃能力制造一款机器人，跳跃技能肯定出色，可以在机器人比赛中，稳拿跳远冠军。

德国费斯托自动化公司开发的一款机器人——电子袋鼠，身高1米多，体重7千克，每次能跳0.8米远。这种仿生机器袋鼠，用电子器械装置再现了袋鼠腿部运动原理，复制了袋鼠的弹跳功夫。科学家设计它的初衷，并不是为了在机器人竞技中夺魁，而是为了帮助人们理解机械运动中的能量保存，为改进汽车或自动化设备提供帮助。

我们知道，包括袋鼠在内的所有动物，全身运动的力量，缘于肌肉的收缩。而电子袋鼠弹跳的动力，既不是电机，也不是人造肌肉，而是装在腹腔内的高压气罐。它起跳时，气罐突然释放出高压气体，以强劲的动力，压缩腿部复位弹簧，并推动腿部关节上的连杆，带动双腿用力蹬地跃起。接着，随着这股动力气体外排，复位弹簧伸张的同时，能带动双腿收回，准备下次起跳。

电子袋鼠身上的能量填充系统，能从上次跳跃中收集能量，转移到下次跳跃中循环利用，从而造就了它非凡的耐力。据说，为它腹腔内气罐一次性充满气，可连续跳跃6千米。为了跳得更快更稳，研发人员在电子袋鼠脚掌安装了减震弹簧，相当于袋鼠脚上的两根蹄筋，落地时起到缓冲作用。它身后的一根尾巴，在腾空时能调节身体平衡。

巨臂机器人——举重

美国军用机器人研发公司仿照大黑熊的前肢，打造出了一款巨臂机器人，堪称智能设备中的大力士。它用一对2.2米长的机械手臂一挥，能举起近半吨重物，几乎是世界举重冠军成绩的2倍。如果与能吊起一辆卡车的普通起重机相比，这实在不算什么，但它毕竟是一部用钢铁做的机器，而且由一台大马力柴油机提供动力，举重能力超越人类，完全正常。

不过巨臂机器人的优势，主要表现在智能方面。它的大臂、小臂、手腕、关节，都是按照人类同等比例设计，十分灵活，可模仿人类的动作，干一些细致的活儿，如整理物品、清空垃圾袋、打开闸门、按下按钮、连接管道，甚至还能在墙上钉钉子。

更加特别的是，这种机器人可通过VR系统来操控。VR是指虚拟现实系统，这种系统能通过电脑等设备，把真实场景转化成人能真切感受的情形，如同身临其境一般，看得见、摸得着、听得到。据此，操控者可通过相关工具或设备，影响或改变真实场景中的特定对象。

配备VR系统的巨臂机器人，具有力量反馈功能，当它的机械手臂抓取物件时，操控者手上同时也有抓触感。这样，操控者便可根据这种感觉的强弱，适时控制机械手臂的力度和速度，防止因用力过大而损坏物件。但这一切不会让人感觉到累，比如机器人举起500千克重的物体，而操控者手上的重量仅为2.5千克。反过来说，如果让机器人举起500千克重的物体，人手的操作力量达到2.5千克就足够了。所以，如果带着巨臂机器人去参加举重比赛，就能达到四两拨千斤的效果。

鱼形机器人——游泳

世界游泳健将菲尔普斯，曾经获得8项游泳金牌，他连连创造的一系列世界纪录，居然被机器人刷新！

日本一家公司研发的机器人，能模仿人的游泳姿势，轻松地进行自由泳、蛙泳、蝶泳、仰泳，甚至是狗刨式游泳和踩水等动作，游速远超人类。目前，这种机器人只用于测试水流阻力、水质和温度等，以便运动员安全下水。当然，一些不讲究的游泳愛好者，可以与它比试水中功夫。

另外，美国加州大学根据飞蛾的趋光性，研制出的软体机器人，可依靠光线游泳，无须使用电池或其他电源，能摆脱线绳的束缚，在水中灵活移动。它的动力来源是激光。当激光照射到身体上的某一点，那里的温度随之升高，于是体内的水受热膨胀而向外排出，就像火箭喷火那样，产生反推力，将身体向前送出，实现一次游动。而此时，身体避开激光冷却下来，外界的水又进人体内。只要激光交替照射机器人，这个过程就可无限重复，每分钟可喷水33次，能游出去很远。

我国浙江大学的专家，仿照鱿鱼等动物，用硅胶制成了软体鱼形机器人，当它潜入3200米深的水下，不但身体没有被压扁，而且还能以很快的速度游动，堪称勇闯深海的健儿。原来，它的所有元件和电池，分散嵌在柔软的体内，这样能承受深海的高压环境。而且，它身上连接两鳍的人造肌肉很特别，当通人电流时，受到刺激就发生收缩，从而带动两鳍划水游动。

足球机器人——踢球

动画片《超智能足球》里面的小一号足球机器人，与队友密切配合，以高超的球技，战胜了强大的对手，让人看得热血沸腾。不过，这种机器人球赛，不全是天马行空的想象。实际上，足球机器人早已问世，它们代表了人工智能技术的最高水平，属于机器人中的佼佼者，设计制造它们，要涉及计算机、视觉捕捉、信息传导、系统论、仿生学等学科。

让机器人踢球，牵扯到“目标识别”“自主定位”“快速行走”和“正确决策”等智能问题，这就要求它们必须像人一样，有敏锐的眼睛、灵活的双腿，当然还离不开反应迅速的大脑，还得通过语言相互交换想法。此外，机器人不但要具备球技，还能分别担任前锋、中场、守门员等角色，能相互配合、协同作战。

机器人跑步、运球、射门、传球、接球等一系列动作程序，都事先由人工设定好，并存储于它们的芯片里。芯片相当于大脑，能判断球场边界、球和球门位置，还能识别双方球员，把握赛场局势等。当然，还要“牢记”攻防战术、比赛规则和安全事项等。更重要的是，知道如何在混乱中进行交流与合作。

北京信息科技大学研制的足球机器人，属于类人型智能机器人，曾在荷兰举行的机器人世界杯大赛中，以3：2的比分，击败东道主荷兰的埃因霍温科技大学队，成为该届世界杯最大黑马，一举夺冠，从而在人工智能领域，弥补了华夏儿女在国际足球赛事上的遗憾。

（编辑 文墨）