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腿足机器人正“跑”向战场

2018-08-16 09:28 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:瑷敏工作室

  策划:白璐

  监制:光明网科普事业部

  在2018年世界机器人大会上,共有来自15个国家的前沿、炫酷机器人登场,不仅是“两只腿”的,连“四只腿”的和“多只腿”的都来了。事实上,现有的机器人“王国”包括固定、轮式、履带式、双足及多足等不同“种群”。以双足和多足为主要特征的腿足机器人对恶劣地形环境适应能力更强、研制难度更高,代表着机器人研究领域的科技巅峰。长期以来,各军事大国都对腿足机器人研究展现出强烈兴趣,美军构想的“未来战士”巨型机器人看上去就跟好莱坞电影中的“终结者”如出一辙。可以预见,随着“阿特拉斯”等腿足机器人的研究成熟,未来军用机器人或将“跑”向战场,掀起新一轮战争革命!

腿足机器人正“跑”向战场

“阿特拉斯”机器人

  “后空翻”解锁“新姿势”

  说起军用机器人,我们的第一反应就是轮式或履带式、配备有机械手和传感器的笨拙机器。如今,以人形机器人为代表的腿足机器人正走上发展完善的快车道,《机械公敌》、《终结者》等系列电影中机器人与人类站在同一战场对决的场景,正加速变为现实。在这些科幻场景中,军用机器人已被描绘成双腿站立的“钢铁勇士”。

  西方世界最早对腿足机器人的研究可追溯到达芬奇时代。1495年,达芬奇就在手稿中设计出一个仿人型机器人。从1992年开始,美国国防部高级研究计划局就投入巨资资助波士顿动力公司开展军用机器人的研究工作。如今他们最为成熟的作品,当属“阿特拉斯”。

  通过不断改进升级,“阿特拉斯”站立后身高可达1.75米,重约80千克,可以走路穿越各种地形、攀爬并扛起重物,手部还能完成开门和抓取物体的动作。通过身上搭载的激光雷达和各类传感器,这家伙还拥有了避障和识别物体的能力。如今,“阿特拉斯”再次解锁了“新姿势”,除可以实现漂亮的后空翻外,它还变得更加轻便灵巧。即便是摔倒了,它也能自己爬起来,已经是人形机器人领域的“奇迹”。

  在“阿特拉斯”成为“网红”之前,还有一款腿足机器人因酷似“木牛流马”而引发广泛关注,那就是“大狗”(BigDog)机器人。“大狗”的真名为“步兵班组支援系统”,主要模仿四足动物,在地形复杂的战场上运送物资,能够携带辎重在崎岖不平的山路上行走30公里。

腿足机器人正“跑”向战场

“大狗”机器人

  “行走”路上的“再进化”

  早在阿富汗和伊拉克战场上,美军的军用机器人就已经大展身手。但这些机器人大多是轮式或履带式,在实际战场应用中存在诸多限制。传统轮式机器人越障能力差、地形适应能力不高,且容易出现打滑、不够平稳等问题。履带式机器人对地形要求同样较高,远没有人们想象的机器人那么灵活方便。

  相比之下,腿足机器人能站立、行走和奔跑,代表着未来军用机器人的重要发展方向。目前,腿足机器人主要可分为单足、双足和多足等诸多类型,双足机器人也是各军事大国研究的热点。

  腿足机器人的一大优势就是对复杂地形适应能力强,能跨越各类障碍。在前进过程中,腿足机器人采用离散落脚点的方式,能较好地适应多变地形。腿足机器人RHex已经“进化”出6条可旋转的机械腿,不仅能穿越各种复杂地形,还能在潮湿地区执行任务,即便是摔落山崖也能安然无恙。同时,腿足机器人也具有较好的“容错性”,即便是一个肢体发生故障,其他肢体依旧能够保持正常的作业。这也是相比轮式和履带式机器人的一大优势。

  强悍的运动能力也是腿足机器人的特长之一。美国国防部资助的“猎豹”机器人时速可达45公里,采用的就是模仿猎豹的四足运动模式。目前还研制出名为“Petman”的机器人,甚至能在跑步机上完成锻炼,走路下蹲更是不在话下,足可见其强悍的运动能力。

腿足机器人正“跑”向战场

“猎豹”机器人

  “钢铁战士”将“跑”向战场

  随着科学技术的快速发展和智能化军事应用的广泛展开,未来战场,惊心动魄的机器人大战或将上演。目前,已有军事大国正在组建机器人部队,一些军用机器人已经开始执行侦察监视、警戒执勤和精确打击等作战任务。可以想象,随着腿足机器人的发展成熟,未来的“钢铁战士”或将“跑”向战场。

  腿足机器人能在未来复杂多变的战场环境中大显身手。以“大狗”为代表的腿足机器人不仅能翻山越岭运送物资,还将装上武器和装甲,成为步兵火力支援武器,更好地协同人类作战。尤其是未来山地作战和城市作战中,腿足机器人更能发挥出其机动灵活的特性,达到更好的作战效果。

  研发腿足机器人,更是在为人类找寻一件“铁甲战衣”。美国国防部正在研制可绑在美国士兵腿上的“机器腿”,也就是外骨骼增强器,能让美军单兵背负物资重量大幅度提升,还能减轻长期负重的劳累程度,加快行军速度。这种“机器腿”主要模仿人的神经系统发挥功效,可对身体上背负的重量进行实时计算,通过机械调节将重量合理分配到钢架结构上,从而将负重者承担的压力减到最小,有望将每一名士兵变身为“机器战士”。

  同时,腿足机器人对手脚活动能力的“悟透”也将有助于机械手的发展。目前,拥有机械手的人形机器人已经能够进入危险环境中作业,在处理核事故、爆炸物等领域具有巨大的应用前景。(以上图片来源于网络)

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[责任编辑:赵清建]

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