阿圖迪圖還是希斯瑞普？

□ 遲 惑

早在上世紀(jì)80年代，電影《星球大戰(zhàn)》及其同名小說(shuō)就風(fēng)靡世界，在中國(guó)也擁有大量擁躉，許多青少年是被這本小說(shuō)點(diǎn)燃了對(duì)宇宙和航天的興趣。

在《星球大戰(zhàn)》中，有兩個(gè)主角是機(jī)器人。其中一個(gè)是不會(huì)說(shuō)話的維修機(jī)器人，叫做R2D2，小說(shuō)的中文版中稱它為“阿圖迪圖”；另外一個(gè)是碎嘴嘮叨的勤務(wù)機(jī)器人，叫做C-3PO，中文版中稱它為“希斯瑞普”。兩人一唱一和，為影片和小說(shuō)增色不少。希斯瑞普經(jīng)常把R2D2昵稱為“阿圖”，也就是R2的發(fā)音。

眼下，國(guó)際空間站里也來(lái)了一位機(jī)器人。但《星球大戰(zhàn)》迷們可能會(huì)因?yàn)樗萑胨季S錯(cuò)亂之中。因?yàn)檫@家伙長(zhǎng)得像希斯瑞普，名字卻叫做R2！

機(jī)器人航天員

我們現(xiàn)在來(lái)說(shuō)說(shuō)國(guó)際空間站的這位阿圖，它的全名是“機(jī)器人航天員2號(hào)”，簡(jiǎn)稱R2，美國(guó)航宇局和美國(guó)通用汽車公司聯(lián)合研制。這是世界上第一個(gè)類人機(jī)器人航天員。之所以要強(qiáng)調(diào)“類人”，是因?yàn)楫?dāng)今機(jī)器人的種類很多，而相當(dāng)多機(jī)器人看起來(lái)和人類毫無(wú)相似之處。譬如國(guó)際空間站上的另一臺(tái)機(jī)器人——加拿大制造的Dextre——是裝在中心桁架上的一對(duì)機(jī)械臂，它雖然功能強(qiáng)大，但外觀并不像人，更像一只巨大的竹節(jié)蟲(chóng)。

R2卻看起來(lái)跟真人幾乎一樣，圓形的頭顱、規(guī)規(guī)矩矩的軀干，還有兩只手臂，甚至雙手也各長(zhǎng)了五指。而且R2的尺寸和真人也基本一樣。

R2的雙手相當(dāng)靈巧，可以抓住杠鈴做鍛煉肱二頭肌狀，可以握筆寫(xiě)出流暢的英文。當(dāng)然R2也可以端著儀器為航天員服務(wù)，這是它的主要工作。

美國(guó)航宇局和通用公司聯(lián)合研制的“機(jī)器人航天員2號(hào)”，它的軀體主要是鋁材制成的，部分地方使用了鋼材，因此它的分量比真人重得多，僅上半身就達(dá)到了160多千克

2012年3月，R2演示了它的語(yǔ)言能力。在測(cè)試中，它采用美式手語(yǔ)表達(dá)方式，傳遞了一個(gè)傳統(tǒng)問(wèn)候語(yǔ)：“世界，您好”，此前，它曾經(jīng)用“吱吱”的聲音通過(guò)它的微薄賬戶@AstroRobonaut，發(fā)出過(guò)“世界，您好！”的問(wèn)候

R2將成為未來(lái)的“人頭馬”機(jī)器人

裝在國(guó)際空間站桁架上的一對(duì)機(jī)械臂

采用類人設(shè)計(jì)有一個(gè)很大的好處，就是無(wú)需為機(jī)器人研制專用工具。航天員用什么，R2就能用什么，比如螺絲刀、扳手，甚至電動(dòng)工具。這不但節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本，也降低了空間操作的復(fù)雜性。至少，空間站上不需要準(zhǔn)備兩套工具了。

美國(guó)航宇局設(shè)在約翰遜航天中心的機(jī)器人航天員項(xiàng)目組主任榮·迪福勒說(shuō)，他們眼下的目標(biāo)，是讓R2做一些例行維護(hù)工作，把航天員從這些相對(duì)簡(jiǎn)單、重復(fù)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，從事更重要的工作。例如空間站里需要經(jīng)常測(cè)試通風(fēng)口的氣流。這工作固然重要，不過(guò)讓一個(gè)火箭工程師去做，似乎有點(diǎn)浪費(fèi)人才了。而且，人類很難在失重條件下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定握持一個(gè)設(shè)備。更重要的是，人是要喘氣的，只要呼吸吹拂到儀器上，數(shù)據(jù)就錯(cuò)了。因此，R2在這件工作中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

可能會(huì)有讀者問(wèn)：你怎么不說(shuō)說(shuō)腿腳？“這個(gè)真沒(méi)有”。R2的兩條腿和兩只腳，眼下正在通用汽車公司的實(shí)驗(yàn)室里研制，2011年2月26日隨發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)來(lái)到國(guó)際空間站的，就只有R2的上半身而已。不過(guò)因?yàn)榭臻g站里存在失重現(xiàn)象，無(wú)論有腿的航天員還是沒(méi)有腿的R2都懸浮在空中，并不怎么影響行動(dòng)自由。另外，正是因?yàn)镽2還沒(méi)有腳，所以它只能呆在一個(gè)地方端著儀器測(cè)量風(fēng)速，如果要測(cè)量其他通風(fēng)口的數(shù)據(jù)，就必須由航天員把它推過(guò)去。R2的上半身重130多千克，如果在地面上至少要?jiǎng)佑檬滞栖嚥拍馨嶙?。不過(guò)在沒(méi)有重力的宇宙里，推著它移動(dòng)也不算太麻煩。

R2也不一定要用腿來(lái)行動(dòng)，美航宇局已經(jīng)嘗試把另一位R2的上半身裝在4輪高機(jī)動(dòng)性車上，形成了一個(gè)類似于“人頭馬”的機(jī)器人。未來(lái)進(jìn)行火星或者其他外星球探索時(shí)，就可以出動(dòng)這種“人頭馬R2”，它可以用輪式底盤(pán)行走，用雙臂和雙手操作設(shè)備、采集巖石和土壤樣品。

正在把R2裝入集裝箱，準(zhǔn)備送往國(guó)際空間站

R2背包里裝的是電力交換系統(tǒng)

為更好地實(shí)現(xiàn)散熱，在國(guó)際空間站的“命運(yùn)”實(shí)驗(yàn)室里，工程師更換了R2手臂上的散熱片，進(jìn)而可以延長(zhǎng)它的工作時(shí)間

2012年2月，地面控制人員激活了R2的內(nèi)置計(jì)算機(jī)程序，使其能夠伸展開(kāi)右臂，并能轉(zhuǎn)動(dòng)手指。隨后國(guó)際空間站指令長(zhǎng)與R2第一次在太空相互握手

R2在國(guó)際空間站命運(yùn)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)

空間站生涯的開(kāi)端

R2在起飛之前，就經(jīng)歷了振動(dòng)、真空、輻射等試驗(yàn)，但這仍然無(wú)法替代在國(guó)際空間站上的測(cè)試，這是一個(gè)相當(dāng)重要的工作。R2是在地面上研制的，在空間站內(nèi)部的所謂“過(guò)渡環(huán)境”中，它要經(jīng)受零重力、輻射、電磁干擾等問(wèn)題的考驗(yàn)。這種測(cè)試將提供重要的數(shù)據(jù)，總結(jié)出航天員如何與機(jī)器人攜手工作。在R2的測(cè)試期間，地面研制團(tuán)隊(duì)還將不斷開(kāi)發(fā)新的零部件和軟件，送到國(guó)際空間站，不斷完善R2。

但是，在地面上制造出來(lái)的R2，在失重環(huán)境下能正常工作嗎？這是需要在空間站加以觀察的問(wèn)題，也是R2在今后一段時(shí)間里的主要任務(wù)。

2011年3月3日，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬給發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)和國(guó)際空間站上的航天員打電話時(shí)，還問(wèn)起R2的事情。奧巴馬甚至想知道，R2能不能做些家務(wù)。不過(guò)此時(shí)的R2還裝在箱子里，航天員們無(wú)暇把他放出來(lái)透氣。

直到2011年8月23日，航天員邁克·福薩姆才打開(kāi) R2的電源，開(kāi)始了R2的航天生涯。航天員們相當(dāng)喜歡R2，紛紛與它合影留念。目前R2的活動(dòng)范圍僅限于空間站的“命運(yùn)”艙。隨著航天員們對(duì)R2了解的不斷深入，越來(lái)越多的艙段將向R2開(kāi)放，等它的兩條腿從地球送來(lái)，也許R2還可以出艙活動(dòng)。這時(shí)候，航天員可以在艙內(nèi)通過(guò)虛擬操作設(shè)備遙控它，不需要親身涉險(xiǎn)了。R2可不便宜，每位的造價(jià)高達(dá)250萬(wàn)美元。不過(guò)讓它去冒出艙行走的風(fēng)險(xiǎn)，總比讓一位優(yōu)秀的物理學(xué)家去做這樣的事情好得多。

不僅用在太空

美國(guó)有不少企業(yè)從事機(jī)器人研制，為什么這次R2由通用汽車公司參與研制呢？這主要是通用汽車公司正在研究，如何在他們的汽車生產(chǎn)線上使用機(jī)器人負(fù)責(zé)總裝程序。眼下，汽車制造的很多環(huán)節(jié)都已經(jīng)采用了機(jī)器人，唯獨(dú)總裝工序還大量使用真人。通用汽車公司一直為勞資問(wèn)題所苦，如果在生產(chǎn)線上引入一部分形如R2這樣的機(jī)器人，一來(lái)無(wú)需改動(dòng)各種工藝工裝，二來(lái)不需要支付工資和加班費(fèi)。至少在眼下，機(jī)器人還沒(méi)成立工會(huì)呢，最重要的是還可以是確保安全生產(chǎn)。

國(guó)際空間站上的機(jī)械臂

R2的手和戴著手套的航天員的手在做伸展動(dòng)作

R2可以拿起9千克重的啞鈴在空間站里，R2的手套，或稱為抓握輔助裝置，也已經(jīng)完成了測(cè)試工作。該手套自重0.9千克，采用陣列傳感器、執(zhí)行器和模擬筋骨材料制成。該手套可以增強(qiáng)R2的抓握能力。例如，航天員可能需要6.8千克～9千克的力量去操縱一個(gè)特定的工具，然而，使用機(jī)器人手套就僅僅需要2.27千克～4.54千克的力量。另外，這種手套不僅可以使機(jī)器人更好地完成工作，而且還能減少重復(fù)性接觸磨損和沖擊性損傷的危害

美國(guó)航宇局的目光當(dāng)然是在仰望星空，該局探索系統(tǒng)集成辦公室主任約翰·奧爾森說(shuō)，R2投入使用，是加快人與機(jī)器人共同探索宇宙事業(yè)的開(kāi)始，人與機(jī)器人配合，是探索太陽(yáng)系的關(guān)鍵，也許，這能讓我們發(fā)現(xiàn)一些今天無(wú)法想象的東西。

應(yīng)用前景

研制R2的核心思想，是通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。之前美國(guó)航宇局的太空探索機(jī)器人，不管是不是長(zhǎng)得像人類，都和勞斯萊斯轎車一樣是單件制造的，至多像“勇氣”、“機(jī)遇”號(hào)那樣采用小批量研制的方式。由于每次任務(wù)都要研制新的機(jī)器人，導(dǎo)致了平均成本的居高不下。單件研制的機(jī)器人就需要專門(mén)配套各種工具和設(shè)備，進(jìn)一步推高了成本。而先前研制中取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)往往因?yàn)轫?xiàng)目終結(jié)而不能很好地繼承下來(lái)，導(dǎo)致了每次任務(wù)都要重復(fù)地為提高可靠性而大費(fèi)周章，這也是要花錢(qián)的。

另外，當(dāng)今世界上的絕大多數(shù)工具——包括載人航天的工具——都是根據(jù)人類的身體特征研制的。無(wú)論什么種族什么民族的人類，基本特征都是一樣的，用《西游記》的話說(shuō)，“頭圓頂天，足方履地”，都擁有位于相同位置、具有相同功能的五官、上下肢和手指腳趾。這就決定了任何人發(fā)明的任何一種工具，都能為其他人所操縱和使用。這也是社會(huì)化大生產(chǎn)能夠開(kāi)展、產(chǎn)品價(jià)格能隨著產(chǎn)量而下跌的原因。如果能解決類人機(jī)器人的技術(shù)問(wèn)題，就能有效降低機(jī)器人的制造和使用成本。

因此，R2的研制，是向著真正的類人機(jī)器人邁出的重要一步。它的第一次任務(wù)之所以在國(guó)際空間站上，也許是因?yàn)橹挥杏詈巾?xiàng)目才能負(fù)擔(dān)起這種昂貴的研制開(kāi)銷。如果R2這樣的機(jī)器人能像汽車一樣大量制造，它們進(jìn)入常人的生活，承擔(dān)保姆、司機(jī)、保鏢、送水工……之類的體力勞動(dòng)甚至事務(wù)性勞動(dòng)，人類就可以解放自己的大腦和身體，更多地從事有創(chuàng)造性的科學(xué)、藝術(shù)活動(dòng)。當(dāng)然，如果有人需要一個(gè)貧嘴的R2，相信人工智能技術(shù)也能解決。到那個(gè)時(shí)候，任何人都可以買(mǎi)一個(gè)渾身金黃、走路趔趄、嘮叨個(gè)不停的機(jī)器人，陪自己解悶了。

（本篇文章圖片版權(quán)屬于美國(guó)約翰遜航天中心）

R2和俄羅斯航天員在一起

工作人員正在給R2穿衣服

美國(guó)機(jī)器人航天員R2結(jié)構(gòu)解讀