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地震当前 机器为何无作为

本刊记者 申宁馨

       “目前，我们日本的合作伙伴真的非常需要机器人，而ALDEBARAN Robotics作为人形可行走机器人领域的全球领军者，却无法提供任何帮助。我真的对此感到万分沮丧。”法国ALDEBARAN Robotics公司总裁兼创始人梅飞龙（Bruno Maisonnier）在接受本刊记者采访时，深深地自责。

       沮丧的绝非梅飞龙一人，很多机器人领域的同行对目前的困境感到无可奈何。在此次日本东部大地震暴发之后，也陆续有一些机器人出现在各地救援队伍中，但它们发挥的作用实在是微乎其微。我们不禁要问，到底是什么困难束缚了机器人的手脚？我们又该如何去打造新式机器人，让它们肩负起代替人类处理危险事故的重任？

不堪大用的机器人

       日本拥有目前世界上最先进的机器人技术，以及最高的工业自动化水平。自从在1995年阪神大地震中蒙受巨大损失之后，日本就开始了灾难救援机器人的研发历程。遗憾的是，时隔16年，机器人行业交出的答卷却难以让人满意。

       千叶工业大学（Chiba Institute of Technology）未来机器人技术中心副主任小柳荣次（Eiji Koyanagi）率领的团队派出了机器人Quince。日本京都大学的机器人专家、国际救援体系学会（International Rescue System Institute）副会长松野文俊（Fumitoshi Matsuno）教授领导的团队则派出了机器人KOHGA3，他们与来自八户理工学院（Hachinohe Institute of Technology）的同行合作，在八户地区一座坍塌的大楼里进行侦测。

       此外还有一款叫做Active Scope Camera的蛇形机器人，它的开发者是日本东北大学（Tohuku University）机器人专家、国际救援体系学会会长田所谕（Satoshi Tadokoro）。Active Scope Camera有近8米长，就像一条长蛇，依靠布满全身上下的硬毛移动，能够拐过尖角，也可以穿过缝隙。它的头部装有探照光源和摄像头，能够实时拍摄废墟内的情况，并由搜救者来决定它的探察方向。

       但无论是Quince还是KOHGA3，所担负的任务都不是搜救幸存者，而仅仅是确定损失情况，为修复和重建提供资料。Active Scope Camera虽可算是实际参与过搜救工作的机器人，但总体来看，它在地震中出现，更多还是侧重研究，无法为救援带来有用的帮助。

       机器人不仅在地震救援方面难堪大用，在万众瞩目的核危机面前也是束手无策。从目前的情况来看，也许机器人能够胜任的工作就只是监测辐射水平，它们也正在进行这方面的尝试。而深入核电站，开展更复杂的工作，对机器人而言，则是不可能完成的任务。

举“步”维艰

       不管是进行搜救，还是前往核电站排除险情，机器人要面对的第一个挑战，就是如何自由的移动。“机动性方面的困难不仅仅是高低不平的地形，还有地上的裂缝以及障碍物，”田所谕教授说，“如果是人，或许还能移开道路上的那些障碍，但绝大多数机器人做不到。”

       美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）机器人与机械实验室主任丹尼斯·洪（Dennis Hong）说，尽管很多研究人员不断开发出让机器人在复杂地形上行动的新方法，比如使用轮子、腿、履带，或者混合使用轮子与腿，但是，“像这些反应堆一类的地方，碎片满地，还有乱七八糟的钢梁，再加上倒塌的建筑，环境实在是太、太、太富有挑战性了。”

       除开复杂地形带来的麻烦，机器人仍面临更多困难。首先要解决的就是核辐射问题。人在辐射面前非常脆弱，机器人也不例外。辐射可以使芯片与传感器失灵，还会破坏存储器或处理器里的数据。一款能长时间在强辐射环境中处理复杂问题的机器人，除了需要稳定的防辐射电路，大量厚重的保护壳也是必备的。

       “结果就是，如果要满足机动性、防辐射等多方面的要求，那你设计的机器人必然就是一个笨重的大块头，”罗宾·R·墨菲（Robin R. Murphy）说，她是美国得克萨斯农工大学机器人协助搜救中心（Center for Robot-Assisted Search and Rescue at Texas A&M University）主任。

打造新式机器人

       要使机器人必须做得更多，就必需解决上面提到的种种问题。法国ALDEBARAN Robotics公司已经做好了迎接这些挑战的准备。该公司总裁梅飞龙先生在接受记者采访时，就表达立即了针对这种情况开发能在危险环境作业的全地形机器人的决心，并提出了基于类人机器人（humanoid robot）的研发策略。

       要开发这类机器人，困难可想而知。有的机器人专家甚至悲观地认为，有这种天真的看法，一定是科幻大片看多了的结果。尽管机器人能够行走、跑步、上下楼梯、跳舞，操纵也很方便，但它们终究不会维修核反应堆。

       但梅飞龙对此并不认同，他的信心来自双足类人机器人NAO的成功。这一次，他打算充分利用在类人机器人领域的专业特长，发挥此类机器人在稳定性与机械电子学方面的优势，开发出一种类似于半人马的新型四足式机器人。

       在攀越难度较大的障碍物时，轮式机器人一般无用武之地。而履带式机器人跨越障碍物的能力则主要取决于履带的长短。双足机器人的情况与之相仿，但决定其跨越能力的关键因素是机器人的腿长。在这一点上，机器人的双腿通常远比履带更具优势。而半人马式的四足设计则将这一优势体现得更为明显。

       专门设计的机器人将采用遥控与自主行动相结合的方式，可以像人类替身一样在危险环境下工作。它们装备有摄像头以及各种传感器，并且能高速传递现场采集到图像、声音以及测量各种技术数据，方便操作人员发出正确指令。机器人还必须实现“微观自主化”，也就是说它能够在遵守宏观指令的同时，实行局部的自主操作。比如只需向机器人发出移动至某处的指令，而在移动过程中，机器人可能会遇到如绕过障碍物、攀爬垮塌的废墟等的情况，它们都会自行处理。

下一次灾难

       由于整个日本都处于活跃的地震带上，下一场大地震随时可能降临。更让人不安的是，日本核电站数量众多，好几座核电站甚至直接建在极不稳定的断层之上，类似福岛第一核电站的事故，难保今后不再发生。

       在梅飞龙看来，如果灾难不幸再次降临，“机器人救援队会不间断地探查出事现场，穿梭于废墟之间，搬动障碍物，通过先进的传感设备搜寻幸存者，为他们送去氧气和食品，并根据需要排除各种险情”。

       这不仅是梅飞龙的设想，也是所有人的期望。但对机器人行业而言，这将是一个巨大的挑战，也是一个不得不面对的挑战。

图1：Quince曾于去年10月接受日本千叶市消防局测试，它跟婴儿车一般大小，配备有摄像头，救难人员可根据机器人实时拍摄的画面，远程操控机器手臂。Quince有4组轮子，能爬上82°的陡坡，它还配备了红外线与二氧化碳探测器，可侦测人体体温与呼吸，它也可通过扩音器，让被困者听到搜救人员的声音，为他们增添撑下去的信念。

图2：半人马式机器人在稳定性上也远远优于两足机器人，而且力气更大，可搭载较大、较重的电池，从而延长自主工作时间，还可配备各种危险作业所需的保护装备。机器人身上的电子元件及摄像头等设备对核辐射非常敏感。只有事先经过相应的保护性处理（如化学保护、核辐射保护、高温保护等）之后，机器人才能有效地执行任务。有了这些基础，再遇到类似事故时，们就可以让机器人搬运喷水枪，还可以命令它们完成打开阀门、关闭开关等工作。