互动科普

袖珍机器人别动队

撰文／Robert Grabowski，Luis E. Navarro Serment和Pradeep K. Khosla

一群恐怖分阔人办公大楼，绑架了数量不清的人质。他们封锁了入口，遮住窗户。外面的人看不见他们有多少人，携带了什么武器，以及人质被扣押在什么地方然而突然之间，反恐特警组攻入房间，歹徒们连武器都没来得及抓起来，就被一网打尽。这些让突击队员自信而果断地采取行动所需要的信息，是如何得到的?

答案来自互相协作的小型机器人团队。他们由通风系统秘密潜入大楼，在管道内有组织地移动，分布于四处。有些机器人配备麦克风来监听对话，另一些安装了小型摄像机，还有的则装了传感器，可以探测空气中的化学和生物制剂。通过协作，它们用无线电信号将这些实时信息发回控制中心。

这一幕是国防高级研究计划署(DARPA)在1998年展示给机器人研究人员的大致情景。研究人员面临的挑战是开发出小型侦察机器人，可以让士兵背在背上，而且可以像爆米花一样散布在地板上。而往后方前线，消防队员和搜索营救人员可以把机器人从窗户外扔进房间里，让它们迅速散开，去寻找被困的受害人或者侦察出有毒物质。这些情节还远远超出了目前的技术水平，更不用说科幻电影《例如少数派报告》中描绘的那些栩栩如生的机器人了。但是，迷你型机器人的前景已经吸引了众多预级机器人设计师的注意。今天，关注的焦点不再是那些浑身都是传感器的大型机器人(就像工具都装在轴心上的瑞士军刀)，而转向制造体积小、重最轻、功能简单的机嚣人团队。

原则上说，比起那些笨重庞大的表兄们，微型机器人有数不清的优势。它们能在管道里爬来爬去，检查倒塌的建筑物，或者藏在不显眼的缝隙中。一群组织良好的小型机器人可以通过交换传感器获得的信息绘制出目标图形，这仅靠从单一有利位置得到的信息往往难以实埋。它们可以互相帮助，翻越障碍物或者从跌倒中爬起来。团队领导可以根据具体情况确定派出多少机器人。如果一台机器人失灵，不会导致整个任务失败，其他机器人仍会继续工作。

然而，制造小型机器人需要新的设计理念。与它们的大个儿亲戚不同，小机器人没有充足的电力和空间可供奢侈，也容不下执行特定任务必需的垒部元件，连携一特摄像机这种紧凑的设备都可能压跨一台小机器人。因此，要在多台机器人之间分配传感器、处理电源和体力，儿而使它们协调一致地工作。这些机器人就像蚁群中的蚂蚁：独立工作时弱小而易受攻击，但联合起来却有很强的战斗力。

轮腿、高尔夫球和马口铁罐头盒

为了制造这种尺度范围的机器人，研究人员采用了备种不同的方法。有些运用生物方法来模仿昆虫和动物的特性。例如，美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的机器人设计者就以蟑螂为模型，开发出一种高机动性平台。它同时采用轮和腿(“轮腿”)来实现在不平坦的地面上疾走。安阿伯市密歇根大学的一个研究小组制造出了两条腿的机器人，并在铰接的肢节末端附有吸盘，使它能爬墙，就像一只毛毛虫。

生物学不仅启发了人们对小型机器人身体外形的设计，同时也为设计其控制系统提供了灵感麻省理工学院的机器人专家发明了一种高尔夫球大小的机器人，可以按照和蚂蚁一样的方式搜寻食物。它们使用简单的光传感器来互相表达“感情”，并且集体做出决策。这种类型的研究是从知名机器人科学家Rodney A. Brooks的工作中得到的启示。在他首先提出的基于行为控制的算法中，每台机器人对本地刺激做出反应，这里没有中心计划。相反，团队行为表现为众多个体互相影响的综合结果。

电力不足

我们在哪？

指挥系统

【柯江华/译；杨光/校】