互动科普

机器人会改变世界吗.

一直以来，机器人都有着广泛的用途，

它们不仅可以站在生产线上，还可以用来勘察火星；

它们可以凭借无可比拟的精度，配合医生完成外科手术，也可以凭借用之不竭的耐心，帮助需要监护的病人……

未来，机器人还将如何改变我们的生活与世界？

《科学美国人》德文版邀请德国机器人领域最权威的科学家赫尔辛格教授，为我们讲述机器人将在空间探索、医疗护理、灾难救援、汽车工程等领域带来的改变。

撰文 戈尔德 · 赫尔辛格（Gerd Hirzinger） 翻译 朱成

技术员所配戴的面罩，实际上是一个安装在头部的显示器，他的头部动作由一个特殊的设备追踪记录，并传递给机器人。这个机器人的头部动作会和地面技术员同步。借助于安装在眼部的两台摄像机，机器人可以不断拍摄影像，传回地面，最终在技术员面前的微型显示器上显示出来。这样，地面技术员就获得了和机器人一样的视觉印象，就好像真的漂浮在太空中一样。

这里用到的技术叫做“远距临场”（telepresence），也是远程机器人技术最直接的一种形式。利用这种技术，科学家可以通过远程操作，让机器人前往人类难以接近的区域或偏僻地区作业，而操控机器人的科学家也有身临其境之感。这种技术的优点是显而易见的。有了人造手臂及手腕，太空作业就变得更加经济。即使机器人在大气层中烧毁，也只有经济上的损失。相比之下，如果由人类来完成太空作业，则需要把人送到太空，维持他在太空中的生存，最后还要保证，他可以安全返回地面，所有这些开销将远远超过机器人作业。

不过，如果“远距临场”技术要更加高效，不仅得让地面的技术人员看到作业场地中的零件，还得通过触觉反馈，感受到这个零件的存在：为了能够让技术人员把零件放到正确的位置上，必须要让他在地面上就可以感受，并克服来自遥远某处的机械阻力，让他感觉零件好像真的在手里一样。这种反馈机制被认为是机电一体化（mechatronics）领域里有待解决的难题之一。机电一体化是一种全新的机制，可通过机械制造技术（包括摄像及显示技术）、电子技术、信息技术及软件开发技术，创造出“智能机械”。

未来，可能会出现很多复杂的机电一体化系统，例如汽车，它可以利用自身携带的传感器及动力设备，主动避免行车事故；还有无人驾驶的飞行系统，它可以实现自行起飞、着陆，主动避免和其他飞行器相撞；机器人还会在人类征服太空的过程中、在工厂的生产过程中、在监护和陪伴人类的过程中，以及在精确的外科手术中得到越来越广泛的使用。目前，德国航空航天中心的机器人技术及机电一体化中心（RMC）正在对这些技术进行研究。

太空机器人

从“远距临场”的实现机制来看，这种技术一方面要把机器人传来的感应信号（包括拍摄图片和触觉反馈等信息）传递给操作人员，另一方面还要通过无线电波，把操作人员发出的指令传递给机器人。由于地面和卫星之间距离遥远，通讯信号的传输时间就成了至关重要的因素。

地球同步卫星的轨道高度为35 790千米，从地面上的固定观测点来看，它们就好像悬浮在天空中一样，这么远的距离将使通讯信号的来回传输时间达到0.3秒。虽然近地卫星距离地面较近，但只有当通讯信号以直线传播时，才会比较节约时间，而近地卫星在围绕地球运行时，绝大部分时间都要以非直线传播的方式与地面保持通讯。

如果借助地球同步中继站卫星的信号转播，通讯信号的来回传输时间将增加至0.6秒。在需要触觉反馈信号的操作过程中，在这样慢速的通讯条件下，操作人员只能进行非常缓慢的操作。不过，科学家可以通过复杂的算法，来弥补这种由延时带来的不便。通过快速的互连技术，可以使通讯信号的传输时间减少到0.5秒以内，这样在地面上的每个点，都可以通过“远距临场”技术来遥控机器人。

时至今日，科学家都还只是以所谓的“短线”方式来使用太空机器人：宇航员坐在空间站内部，控制位于空间站外壳上的机器人——机器人用缆绳将航天飞机固定住，卸下所运载的货物，并完成太阳能电池的维修工作。理论上，机器人也可以用于空间站的内部维护，也可以协助空间站内的科学实验。我们可以事先为机器人编写好程序，规定它们该如何执行日常事务等。尽管在这样的环境下，机器人一定没有人类那么灵巧，但可以大大降低成本。而在空间站外部，宇航员必须要穿上厚重的防护装置并带上手套，才可以在外部作业，他们的灵巧程度想必很快就会被机器人超越。

在地球同步卫星所在的轨道上，至今都不曾有宇航员作业。在这个轨道上，可以说机器人是完全没有竞争对手的，科学家也一直在充分使用它们：太空中有数量庞大的通讯卫星，每一颗通讯卫星都被分配到一个固定的地点，理论上它们是不会偏离自己所在点的。当然，少数卫星偶尔也会发生一些偏移，此时，这些卫星就要通过位置调节喷口，向外喷射气体，从而调整自身位置。如果卫星存储的燃料快要耗尽，它们就应该用剩余的燃料，把自己推向太空里暂时无人使用的空间，为它们的后继者腾出位置。不过，这种方法并不是每次都能奏效。

对此，机器人系统能以“服务卫星”的形式提供援助。这样的机器人系统可以利用自身携带的俘获工具，与故障卫星远地端的发动机喷口对接。然后，机器人系统启动由太阳能供能的离子发动机，调整故障卫星的位置，从而延长卫星的寿命，或者直接将故障卫星送到“卫星墓地”。

在近地空间中，大约有数千吨的太空垃圾悬浮在距地面300～1 000千米高度的近地轨道之间，其中包括大量失控的卫星、发射过程中废弃的火箭助推器，以及撞击碎片等。在不久的将来，这些太空垃圾会使碰撞的危险逐渐变高，载人航天会因此变得困难重重，甚至无法实施。通过远程控制的机器人，可以捕获这些垃圾，将它们清理出卫星专用的通道。多数情况下，给这些太空垃圾安装一个小型的制动伞就可以解决问题——这样，大气所产生的阻力足以使垃圾碎片失去动能，最终坠毁或烧毁。

在使用远程控制技术来遥控位于近地轨道的机器人方面，德国航空航天中心已有多年的经验。在1993年的D2-任务中（即STS-55，“哥伦比亚号”航天飞机的第14次太空飞行，也是德国宇航员参与的第二次太空飞行，所以在德国被冠名为D2-任务），就使用了一个名为ROTEX的机械手臂，这个机械手臂上安装了大量的传感器，以及两部微型摄像机。由于当时的信号传输速度极其缓慢，所以科学家预先赋予了这个机械臂一定的自主能力。通过地面计算机的引导，科学家可让机械手臂自动捕获浮动的物体，但整个过程的信号传输需耗时6秒。

1999年，日本发射了一对名为ETS-VII的实验卫星，计划在太空中完成对接实验。在这次对接实验中，再次使用了ROTEX机械手臂。随着ROTEX上集成的技术越来越先进，安装了ROTEX的卫星可以用“泳状运动”的方式，在太空中实现预期的运动。日本同行已经可以用这条机械手臂，抓住有特殊标识的另一颗卫星。当然，要完成这个任务，需要满足一个不太现实的理想条件：相对于安装了机械手臂的卫星，另一颗卫星的运动速率必须足够小。

在国际空间站（ISS）的外壳上，连接了一条名为ROKVISS（在国际轨道空间站上使用的机器人实验组件）的机械手臂，这条机械手臂具有两个活动关节。从2005年至2012年，科学家针对这条机械手臂做了不少实验，结果表明，建立在图像信息和力反馈基础上的远距临场技术是可以实现的。力反馈机制是通过一个可以产生反作用力的操纵杆来实现的，这种操纵杆类似于在电脑游戏中广泛使用的游戏手柄。

在一定程度上，当年的ETS-VII只是一个实验项目：卫星可以借助自身携带的抓臂，将目标物体捕捉过来，而这个目标物体的外形以及运动特性都是事先知道的。相比之下，德国DEOS项目（德国轨道服务任务）将测试机械手臂在紧急情况下的反应。携带机械手臂的卫星有一个重要任务，即通过观测目标物体的外观及摆动幅度，实施简单的修理和维护工作，在紧急状况下甚至可以让目标物体坠毁在太平洋或大西洋中部地区，从而避免对居民区造成不必要的危害。为了达到这一目的，我们开发了一个拥有7个关节的机械抓臂，同时也开发了与之相关的软件，用以实现不同的抓取策略，这其中还包括了实时的图像处理功能。

自主火星车

在近地轨道上的修理及清理工作（近地轨道服务）是非常有用的，对技术的要求也非常高，不过更令人激动的还是对太阳系的探索。同样，采用比人力更高效、廉价的机器人，可以使太阳系的探索更容易一些。

与月球实现通信，控制信号的来回传输时间是2.5秒，而对于火星，控制信号的来回传输时间则长达15分钟。因此，基于图像和力反馈的“远距临场”技术在火星探索上就不适用了。地面上的操作人员只能预先设定一些粗略的目标。让火星上的机器人独立完成一系列任务，比如向目的地行驶、识别物体、采样、钻孔等。

上述的这些理想，在时至今日的多项火星计划中都没能完全实现。尽管如此，在1997年的“火星探路者”计划中，一辆名为“索杰纳号”（Sojourne）的火星漫步车，在火星表面的独立行驶路程已经接近100米。基于这次成功，美国航空航天局（NASA）于2003年向火星发射了两辆具有相同结构的火星车，分别被命名为“勇气号”和“机遇号”。它们于2004年抵达火星表面，行驶了比预期更长的距离。“勇气号”直到5年后陷在沙地中才停止运行，至此它一共行驶了将近8千米的路程。和“勇气号”相比，“机遇号”大概行驶了35千米，并依旧保持活跃。两辆火星车都可以指挥自身携带的机械手臂，这个机械手臂具有5个自由度（机器手臂可以做出的独立运动数量），可以拿起工具并操作照相机。和“索杰纳号”火星漫步车相似，地面的操作人员也预先给这两辆火星车设定了一系列的路标，火星车可以沿着这一系列预定的路标行驶。

2012年登陆火星的“好奇号”，同样也装备了一条机械手臂，并携带了大量用于实验的设备。这辆火星车也不是完全自主运行的，它会把拍摄到的照片传给地面的控制人员，以确保它始终可以在无障碍的路面上行驶。

不过，根据预先设定的目的地，“好奇号”完全可以自行决定从它所在的地点如何继续向前行驶。它可以先用自带的摄像头拍摄一组立体照片，再利用这组照片，生成可以反映周围环境的地图，然后根据这个地图计算出一条没有障碍的路径，沿着这条路径，它至少可以比原先更接近预设的目标。

走出一步之后，“好奇号”会按照上面的方式再拍摄新的照片，生成并分析地图，找到新的路径，然后继续前进。借助自身携带的计算机，“好奇号”每分钟已经可以计算4张这样的图片。当然，美国航空航天局只会在意外情况下才会使用上述方案，因为这里的科学家至今都不太相信完全自主的导航技术。

“阿西莫夫号”（Asimov）月球车，代表了更快速和真正自主的星球车。这辆月球车是由我们所在的学院和“业余科学家”组织（PTS）合作完成的，这个“业余科学家”组织是一个由德国和奥地利的年轻工程师组成的团队，他们共同推动了这个私营的月球漫步计划。

德国航空航天中心多年的准备工作，为“阿西莫夫号”自主导航的成功研制奠定了基础。一个可转动的立体摄像头，每秒钟可以拍摄并处理14张图片，最后转化为可以描述周围环境的3D模型。其中运用的算法叫做“半球匹配”（SGM），目前已经成为现代摄影测量学的一个标准。

这辆月球车的4个轮子都是独立驱动，并且,可以自由转向。在完全自主模式下，路径规划和防撞功能启动后，“阿西莫夫号”的最高时速可以达到每小时10千米。

未来的火星机器人将会在火星表面完全自主地驾驶车辆，收集、分析岩石标本，为随后到来的机器或人类接班人建造基础设施和住宅，用目前还无法利用的未知波段，向地面发送实时的立体图片。未来的火星机器人将会拥有怎样的运动设备，目前还没有统一的方向，可能是4个轮子或者6个轮子，也可能是6个或8个类似昆虫足的装置，抑或是这二者的一种混合模式。

可以依靠机械足前进的机器人也受到军方的密切关注。美国陆军开发了一部4条腿的“机器载重驴”，在不久的将来，它应该能以30千米的时速穿越人类难以通过的地形，同时还可以为士兵承担200千克的负载（参见《环球科学》2010年第8期《遥控战争：机器人，上！》）。目前，德国只有一辆4腿机械车，这就是在德国最古老的大众剧场Further Drachenstich中出现的那条喷火巨龙，它同样也得到德国航空航天中心的资助。作为全球最大的爬行机器人，这条喷火巨龙已经入选了吉尼斯世界纪录。

养老院中的机器人

向太空轨道或火星发射的太空机器人，它们每一部分的重量都需要经过再三斟酌，因为每多一份重量，运载火箭就得增加数倍燃料。因此，应用于太空的机器人都要求使用极轻极简的材料。在太空领域所得到的这份宝贵经验，同样也给机器人在地面上的应用带来了很多好处。在发达国家的工业领域，机器人越来越广泛地被运用到生产第一线，和产业工人合作生产。此外，机器人还可以在养老院或疗养院中，长期承担陪同、接送等任务，也可以在老人或卧床不起的病人家里，扮演护工的角色。微软创始人比尔·盖茨曾多次预言，机器人技术就像过去20多年来的计算机技术一样，在未来20年时间里，也会得到更广泛的应用（参见《环球科学》2007年第2期《家家都有机器人》）。

“护理机器人”这一提法是不恰当的，因为护理的概念里包含了人的因素，而这一点是机器人无法给予的。不过，从冰箱里取出冷饮、把掉在地上的眼镜捡起来、加热并送来简单的饭菜，这些简单的活，甚至更多的事情都会在未来15～20年里，由机器人协助完成。在远东地区，“老年关怀”早已经成为了公众话题。但那里的人们从未想过要把人造小海豹带进养老院——患有阿尔茨海默病的老人会开心地抚摸着机器小海豹，小海豹转动的双眼里还会流露出喜悦的神情。

美国航空航天局和德国航空航天中心都在加紧研制具有人类上半身和灵巧双手的系统。德国航空航天中心研制的机械手臂具有相对较轻的结构，自身重量为14千克，可以在100瓦电力的驱动下运动。通过调整各个关节的扭力矩（力矩是决定物体转动的难易程度、具有大小及方向性的物理量。扭力矩则是指在外力扭动下，物体所承受的力矩），可以使这个机械臂获得任何程度的柔韧性。这样，在工业界使用的机器人不仅可以帮助工人取件或拆卸，还可以让工人直接来牵拉它的双手。机器人不但可以将示范的动作复制下来，还可以把这些复制下来的动作嵌入其他动作流程中。这种先进的技术叫做“软机器人技术”，装备有该技术的机器人已经作为生产助理在汽车工厂里广泛使用。这些机器人的感觉相当敏锐，以至于人们已经可以将原先用于防护的栅栏全部拆除。

拥有4个手指的机械手已经可以做出种类繁多的姿势了。在传统的机械手模块里，驱动器（一般会有超过13个驱动器）都隐藏在手腕部位。这使得整个机械手显得相对庞大和笨重。不过，这样的结构也有好处，在特殊情况下，机器人可以自己将机械手拆卸下来，再换上其他的工具。

相比而言，细长的双手制做起来更加容易。因为人的双手就是一个活生生的例子，人是通过肌腱来驱动肌肉，从而使手开始运动。与之对应，我们可以将驱动装置安装在机械手的前臂里，通过钢丝滑轮，把来自驱动器的驱动力传递给机械手指。基于这个理念，我们开发了一个名为HASY的机械手臂复合系统，它在大小、动力学特征、抓握力方面，与人手达到了前所未有的相似度。在HASY的关节上，还可以调节柔韧度。它完全模仿人手，在每一个关节上都安装了两部可以互相作用的驱动器。通过整合其中的弹簧组件，这个机械臂还可以存储一定的能量，例如它可以用看上去十分自然的方式抛出一个球。

第一代家用自动吸尘器尽管可以躲避一些碰撞，但也只能无目的地在房间里穿梭。最近，一些更先进的自动吸尘系统进入市场，它们可以通过内部计算机，读取一张存有环境信息的存储卡，从而可以更有效地在指定场所工作。但对很多任务来说，机械手及机械臂仍是必不可少的——在今天看来，一个可以做到“灵活操控”的复杂系统，一定会包含一个类似人体的上半身、一个头部和两条手臂。机器人的运动底盘一般有两种形式，一是万向底盘（即从站立点开始，可向任何方向运动），例如德国航空航天中心研制的“滚动的贾斯汀”机器人，其底盘就拥有53个基于扭矩原理的驱动器，通过这个底盘，机器人可以向任何一个方向运动；另一种形式就是使用和人一样的双腿。在有楼梯的住宅里，使用类似人腿的方案显然会比较好，而在相对平缓的场所中，使用类似“贾斯汀”的滚轮系统可能会更高效。

机器人外科医生

 对于有些人来说，由一台“没有灵魂的机器”来完成手术，是一件十分可怕的事情。目前在外科领域，机器人只能以辅助医疗设备的形式参与手术，而对整台手术的掌控则完全由医生负责。这个过程中，机器人一方面可以减轻医生的负担，另一方面可以更好地照顾病人。比如，机器人可以借助三维成像技术，使用一条小型机械臂，即可精准而且完全无抖动地用一枚探针，在一个可能只有几毫米大小的脑瘤上完成取样，机器人所能达到的精度，已经超过最好的外科医生。医生需要做的，只是设定机器人的工作流程，并且在整个手术过程中，医生可以随时叫停。

有了这样一个成功的开始，人们就会有更多的想象：机器人系统是否可以承担更重要的医疗任务，如组织缝合，以及在髋关节手术中，为病人铣出球型的凹洞（髋臼），使髋臼可以装下人工股骨。不过在几年前，德国医生使用ROBODOC系统进行的一次手术，曾引发很多争议。由于ROBODOC系统的体积过于庞大，相较于传统的手术方法而言，这个机器人会使手术区域周围的肌肉组织也受到一定的损害。此外，ROBODOC系统只配备了很少的传感器及导航装置，所以它在铣髋臼时，有时会将侧面的骨壁也铣穿。尽管有报道称，比起传统的手术方式，机器人做手术引发并发症的几率低了近一半，但在遭到大量的公众批评和质疑后，很多医院最终选择放弃使用这种机器人。

尽管有各种各样的抨击，但作为手术助手的机器人依然得到越来越广泛的使用。脑外科和骨科专家们都坚信，在未来几年时间里，他们已经不再需要亲自用电钻和锯子来处理骨骼，特别是颅骨了。他们可以借助一种单臂机械手，用激光进行十分精准的超薄切割。由于伤口往往只有不到一毫米宽，手术之后的组织恢复会变得更加容易。

目前，微创手术已经非常成熟，这也逐渐成为外科机器人需要从事的主要项目之一。直到现在，外科医生一直还在使用两根细长的器械，一边看着屏幕上的实时影像，一边将这两根器械通过一个细小的刺入口（套管针）引入病人体内。在这个过程中，医生要让器械的一端朝着他所期望的方向缓慢探入。由于器械和套管针产生的摩擦力，外加过长的操纵手柄，医生很难真实感受到来自内部组织的机械阻力。其实，在很久之前，医生就已经清楚，这样的做法只是一种暂时的解决方案。

在这个问题上，“远距临场”系统可以提供更多的帮助。美国航空航天局的科学家首次将这一设想变为现实，他们开发了名为“达芬奇”的机器人系统。该机器人系统在2000年获得美国食品及药品管理局（FDA）的许可，如今全球已有2 000多台投入到临床应用中。

使用“达芬奇”机器人系统时，外科医生会看到一幅经过放大的高分辨率立体图，实时显示病人身体内部的情况，他的双手则控制着两根可以弯曲的器械，这两根器械分别连接着独立的机械臂。外科医生双手的抖动会被过滤掉，双手的动作会转化为机械臂的动作，由此可以大大提高手术的精度。还有第三条机械臂专门用来控制拍摄立体图像的内窥镜，自动实现图像跟踪。

2009年，泌尿科和妇科医生都发现，“达芬奇”做手术精度很高，可以大大降低在小骨盆区域做手术的并发症几率，因为小骨盆区域不仅空间狭小，还有尿道和大量敏感的神经束通过。目前，在美国急性前列腺手术中，大约85%是用该机器人系统完成的；在全球范围内，该机器人系统每周完成约一万例手术。

德国航空航天中心开发的“MiroSurge”系统被认为是唯一能替代“达芬奇”的机器人系统。相对后者而言，“MiroSurge”系统更小，不仅可以固定在天花板上，还可以固定在手术台上。另外，该系统不仅可以防止自有的几条机械臂之间发生碰撞，也可以防止机械臂和医务人员发生碰撞。

“MiroSurge”系统还在可以双向弯曲的器械上整合了力量感应器，可以把感应到的阻力，通过手柄上的力反馈设备传递给外科医生，这也是在外科手术室里首次实现真正的“远距临场”。借助于这个系统，医生不用再和以前一样，需要在弯腰状态下进行长达数小时的手术。

经过一段时间的使用后，“MiroSurge”机器人系统赢得了越来越多的认可。特别是在心脏外科手术中，机器人可以发挥出更大的潜能，因为借助图像处理技术，手术器械和内窥镜可以在心脏跳动的情况下，全自动地探入追踪，查看内部情况。借助于这套辅助设备，医生就可以像对着一颗没有跳动的心脏一样进行手术了。在跳动着的心脏上直接进行手术，在各大医院里将会越来越常见。

自驾驶汽车

先由人设定粗略的目标，再由机器人完成精细的工作，在此过程中，人可以随时调整“粗略”和“精细”之间的界限：这一概念被称为“共享自主权”，已经在太空探索和外科手术领域得到了验证，在其他领域也出现了越来越多的应用，一个最好的例子就是汽车驾驶。

汽车驾驶领域为何需要机器人，根本原因其实都是一样的，因为机器人对某些事情可以作出更好的反应，例如在汽车遇到危险时，需要进行非常快速而精准的调整，在这一点上人的反应往往比不上机器人。此外，有了机器人，驾驶员的负担也可以大为减轻。

目前还有一个问题不是很清楚：如果在“共享自主权”的行驶状态下发生交通事故，谁应该对事故负责？不过，这样的问题也只能暂时延缓机器人技术进入汽车领域。美国内华达州和加利福尼亚州已率先允许自动驾驶汽车进入公共交通系统。最重要的是，电动汽车为全新的汽车概念提供了契机。比如我们的电动概念汽车“ROboMObil”，其中就引入了很多来自火星车和月球车的技术。

ROboMObil是一辆有前后两个座位的电动汽车。它一共有4个车轮，每个车轮都独立整合了驱动、转向、减震、刹车等功能。特别是，每个轮子都可以独立于其他轮子单独转向，因此ROboMObil可以实现横向停车，甚至可以在原地旋转。这辆汽车使用的制动系统是“制动能量回收系统”，即在汽车制动时，通过一台发电机，将汽车的动能转化为电能，并存储到蓄电池中；在紧急情况下，还会再加入机电制动。ROboMObil不再使用方向盘，取而代之的是类似大型客机的操作杆。

向ROboMObil下达行驶指令的方式有两种。一是通过操纵杆发送指令，驾驶员当然也可以在远处遥控ROboMObil。第二种方式是通过“路径规划”，这是一个车载计算机程序，可以在特殊情况下预先设定好一个大致目标，让ROboMObil自动行驶。实际上，ROboMObil并非直接听从这些指令，它首先会获取一张可以描述周围环境的图片。在ROboMObil车身周围，我们一共安装了18部立体照相机，通过照相机获取的信息，再用一种特定算法，每秒钟最多可以生成十幅散点图。散点图中的每一个点，都代表了一个可能的障碍物；通过对比上一张散点图和当前的散点图，系统就可以知道车身与周围物体是否存在碰撞的可能。最后，只有当ROboMObil确定不会和周围事物发生碰撞时，它才会执行相应指令。一个名为“避让助手”的系统也是基于前面提到的那种算法，目前奔驰的E级和S级汽车都已安装了“避让助手”，该系统在危险情况下可以比人更快地作出反应。

在不久的将来，大城市的居民可能不再需要拥有自己的车辆，也不再需要为找停车位而发愁。你可以根据需要，直接通过电话或网络来预定一辆ROboMObil。它会以一定的速度，从就近的停车场自主地行驶到客户所在地，并在这一过程中始终保持在可控的安全状态下。你上车后，可以选择自己驾驶，也可以让汽车自行驾驶。当你处理完自己的事情，不再需要这辆车了，可以随时结束租用。这辆车会自己开回原来的停车场；在需要的情况下，停车场的管理员也可以通过遥控的方式，引导这辆车“回家”。

自主飞行器

科学家在让地面交通工具变得日趋完善的同时，也在为空中的飞行器寻求新的发展方向。目前，已经出现了很多遥控的无人飞行器，其中包括具有固定翼的小型传统飞机、速度较慢的飞艇、直升机或多轴飞行器（一般具有4～8个独立控制的螺旋桨，它们可以同时产生向上的升力和向前的推力）等。在这些飞行器上，小型数码相机或摄像机几乎已经成为了标准配置。借助这些设备，飞行器可以更方便地观测地面，如地面交通情况、地面安全情况（公司或军队）等；热成像相机可以帮助清点树林里的野生动物、在人类难以进入的山区寻找失踪人员；它们还可以飞过有重要历史价值和旅游价值的建筑群和风景区，对这些建筑群或风景区进行三维建模。

22千米的高空只会出现很微弱的风，在这个高度，可以使用太阳能驱动的超轻飞行器，它们可以在一片指定的大范围区域里盘旋整周甚至整月。这在地震、洪水和森林大火中非常有用，这种飞行器可以持续不断地把最新的地面状况拍成照片传回地面。而相比之下，如果是借助卫星拍摄，在最理想情况下，卫星也要每一个半小时才能经过事发地上空一次。

除了直接观测之外，未来的飞行机器人还可以直接赶往事故发生点：为在登山时处于险境的人员输送食物、饮料以及包扎工具；在指定区域喷洒农药；抓住并运走地面上的危险物品；修理高压电线；清理地震废墟；作为灾难救助力量，这些飞行机器人还可以和地面机器人密切配合。

这一技术也可以满足军事上的需求。装备这些具有智能感应器和智能反应能力的飞行机器人并不存在什么大问题，因为它们的存在不会影响民用航空安全。不过，对此也不乏批评，例如，“欧洲鹰”无人机项目就被认为是完全失败的。我们可以大胆预计，在未来战争中，载人战斗机的重要性一定会被大大削弱。

机器人的未来

50年前，机器人刚刚出现时，它们一般是通过液压传动来产生力量的。到了今天，液压传动已经完全被电动机所取代。目前的驱动技术和感应技术在不久的将来还会更加完善，最重要的是，它们的重量将会减轻很多。不过，基于聚合材料或记忆合金的仿生肌肉至今还没有取得技术上的突破。

其他需要优化的地方还包括提高机器人的认知能力和实际操作能力。未来的机器人将通过大量的传感器，用不同的方式感知周围信息，进而理解这些信息，然后进行相应的处理。机器人首先要认识一些事物，比如它要先认识门把手是什么，然后还要知道它应该推压门把手，才能把门打开。当机器人学会了这些基本技能后，它就会做出正确的处理。

机器人在其他领域的应用一直饱受争议，这主要源于科幻电影对机器人的描述。对于机器人的出现，20年前的人们就曾有过担忧，因为人们普遍担心工业机器人的广泛使用最终会造成大量失业。但是，那些使用机器人最多的行业，例如机车制造业，反而在经济最不好的那几年里存活了下来；反倒是那些不太使用机器人的企业，比如消费电子产业，在几年时间里几乎完全转移到了其他地区生产。人们由此得到启示：那些在工厂里和工人们一起合作的机器人应该在更多的装配线上工作，很多人也确实希望通过这种方式，让那些已经离开德国乃至欧洲的生产行业重返家园。

人们对自主机器人的恐慌也被过度夸大了。尽管过去很多年里，研究机构投入了大量人力物力，但迄今为止，真正可以在日常生活中派上用场的机器人帮手还少之又少。当人们看到这一点时就会明白，让机器人去模仿人类的创造力和智慧，其实还有很远的路要走。周围光线的微小变化，往往就足以扰乱机器人了。

在机器人领域，接下来一定会是缓慢而不断的进步。但机器人研究的核心目标是永远不变的——为了帮助人类。

本文作者 戈尔德·赫尔辛格于1974年毕业于慕尼黑工业大学，从1991年起，担任该校计算机系名誉教授。1992年至2012年，赫尔辛格在德国航空航天中心担任机器人及机械电子分部的负责人。在这期间，他和同事共同研究通过远程控制的手段，操控位于地球轨道上的机器人，在这方面的研究经验可能是全球之最。赫尔辛格几乎获得了机器人研究领域所有重要奖项和荣誉：1995年，他被授予莱布尼茨奖；1996年被授予卡尔－海因茨－贝库尔茨奖；2004年被授予德意志联邦共和国十字勋章。

本文译者 朱成毕业于上海交通大学，目前就职于德国曼海姆企业经济信息研究所。