機(jī)器人的“燃料”手臂

朱蒂

在常見(jiàn)的美國(guó)大片中，機(jī)器人都力大無(wú)窮，有著用之不盡的能量。近年來(lái)，電腦動(dòng)畫(huà)堆砌出了華麗的大片——《變形金剛》。在電影中，變形機(jī)器人伸手掃開(kāi)汽車(chē)和卡車(chē)，就像隨手揮開(kāi)烤肉上盤(pán)旋的蟲(chóng)子一樣容易；與此同時(shí)，它還能毫不費(fèi)力地追趕上四處逃跑的人們。與機(jī)器人相比，人類(lèi)顯得多么渺小和無(wú)能為力。

不過(guò)，這種“影院物理”在真實(shí)世界卻是行不通的。在真實(shí)世界里，即使最先進(jìn)的人形機(jī)器人也遠(yuǎn)遜于它們想要效仿的人類(lèi)。舉例來(lái)說(shuō)，本田的P3型機(jī)器人重129公斤，身高1.6米，是個(gè)虛弱得可憐的矮胖子，行走速度僅為每小時(shí)2公里。美國(guó)范德堡大學(xué)的機(jī)械工程教授邁克爾·戈德法布解釋?zhuān)瑱C(jī)器人行動(dòng)不便的最大原因在于，機(jī)器人本身配備的電池重達(dá)30公斤，而且充一次電只能維持20分鐘。

近10年來(lái)，戈德法布一直在研究高儲(chǔ)能方法來(lái)為人形機(jī)器人提供能源，現(xiàn)在他也許找到了一種解決辦法：火箭燃料。他和他的學(xué)生研制了一個(gè)仿真義肢（燃料型機(jī)器手臂），這個(gè)仿真義肢具有普通電池難望項(xiàng)背的性能。

利用航天工業(yè)中常用的過(guò)氧化氫推進(jìn)劑與小劑量鍍銥鋁（一種催化劑）混合后產(chǎn)生巨大反應(yīng)的原理，戈德法布實(shí)驗(yàn)室里的燃料型機(jī)器手臂可以克服重達(dá)11公斤的阻力（其釋放出相當(dāng)于原體積200倍的蒸汽，足以支持一套氣動(dòng)裝置來(lái)控制關(guān)節(jié)的開(kāi)合）。戈德法布承認(rèn)，這還遠(yuǎn)不能與人類(lèi)相比，但供能系統(tǒng)超過(guò)普通電池的10倍有余。而且，當(dāng)推進(jìn)劑消耗完后，換個(gè)盒子也很容易，不過(guò)幾分鐘而已。

燃料型機(jī)器手臂不僅能做普通義肢的工作，而且更為仿真。目前，市場(chǎng)上的機(jī)械義肢只有兩個(gè)關(guān)節(jié)；而戈德法布發(fā)明的卻有21個(gè)關(guān)節(jié)，可以模仿人手的運(yùn)動(dòng)方式，好比靠近指尖部位的兩個(gè)關(guān)節(jié)總是一前一后依次運(yùn)動(dòng)一樣，也可以自由運(yùn)動(dòng)。戈德法布說(shuō)：“大自然早就知道，僅靠一個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是完全沒(méi)有多大作用的?！?/p>

戈德法布是通過(guò)一種外骨骼技術(shù)來(lái)控制實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的，即使用者將外骨骼裝置套在手臂上，機(jī)器手臂就會(huì)模仿人手的運(yùn)動(dòng)（手指部分由控制桿操作），可以實(shí)現(xiàn)距離和速度的操作。他的學(xué)生用這個(gè)手臂抓起了一個(gè)易碎的燈泡，還從盒子里抽出一張紙巾，這都顯示了該裝置精準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性。

戈德法布也談到，有些研究人員正在著手人造皮膚的研究（外表看似和斷肢者原來(lái)的膚色相同），他們?cè)噲D通過(guò)人造皮膚將機(jī)器手臂產(chǎn)生的水蒸氣揮發(fā)出去，即通過(guò)內(nèi)層（吸收層）將水蒸氣收集，然后通過(guò)充滿(mǎn)氣孔的外層（人造皮膚）揮發(fā)出去，就好像真的肢體出汗一樣。戈德法布說(shuō)：“人造手臂的‘出汗量和一個(gè)人工作后的出汗量大致相同。”

戈德法布同時(shí)還在研制人造下肢以及一臺(tái)六足探測(cè)機(jī)器人，用的都是相同的動(dòng)力技術(shù)。戈德法布是應(yīng)美國(guó)國(guó)防部下屬的國(guó)防高等研究計(jì)劃局（OARPA）的要求研制燃料型機(jī)器手臂的，這是一項(xiàng)整體研究計(jì)劃中的一部分，最終目標(biāo)是發(fā)明一種可以自我維護(hù)、運(yùn)行自如的仿真手臂，與人類(lèi)的神經(jīng)系統(tǒng)相連接。DARPA 2006年開(kāi)始了這個(gè)“完美義肢”項(xiàng)目，旨在幫助截肢患者為他們提供近乎完美的肢體?，F(xiàn)在，食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)了其中一個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)出的一款名為DEKA的義肢。

戈德法布說(shuō)，目前，他的實(shí)驗(yàn)室還沒(méi)有開(kāi)展人造手臂與人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)連接的研究，而猶他大學(xué)、加州理工大學(xué)、約翰·霍普金斯大學(xué)以及芝加哥康復(fù)中心的研究人員進(jìn)行了這方面的嘗試，包括通過(guò)芯片解讀大腦發(fā)出的電子信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成義肢能夠接收的無(wú)線(xiàn)信號(hào)。

相信在不久的將來(lái)，這些機(jī)器人的“燃料”手臂會(huì)給殘疾人帶來(lái)意想不到的驚喜。endprint