“機(jī)器人”戰(zhàn)士何時(shí)上戰(zhàn)場(chǎng)？

趙小川+梁冠豪

近日，正在熱映的《星球大戰(zhàn)：原力覺醒》創(chuàng)造了《星球大戰(zhàn)》系列電影有史以來的最高的票房，并打破了影片《阿凡達(dá)》的票房紀(jì)錄。作為星戰(zhàn)系列電影中的延續(xù)，該片中多款的機(jī)器人相繼登場(chǎng)，既有新朋，也有舊友，成為本片的亮點(diǎn)之一。

C-3PO、R2-D2與軍用仿人機(jī)器人

C-3PO與R2-D2是星戰(zhàn)系列電影中出現(xiàn)頻率最高的兩個(gè)機(jī)器人角色。C-3PO是天才少年天行者阿納金使用廢棄的電子殘片和回收物拼湊而成的人形禮儀機(jī)器人。在影片中，C-3PO機(jī)器人由丹尼爾斯飾演，經(jīng)常以喜劇的形象出現(xiàn)，語言風(fēng)趣幽默、行動(dòng)機(jī)械笨拙。然而，如果讓這看似簡(jiǎn)單的功能在當(dāng)前真實(shí)的仿人機(jī)器人身上實(shí)現(xiàn)，還存在一定的困難。盡管目前一批外形美觀、動(dòng)作流暢與具有一定應(yīng)答水平的人形機(jī)器人已陸續(xù)進(jìn)入公眾視野，但就連智能化水平最高的阿西莫機(jī)器人也依然無法與星戰(zhàn)系列電影中的C-3PO機(jī)器人相媲美。2015年6月，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局舉辦的機(jī)器人挑戰(zhàn)賽可謂是代表了當(dāng)前仿人機(jī)器人的最高水平，但其人工智能技術(shù)、語音識(shí)別技術(shù)、人機(jī)自然交互等關(guān)鍵技術(shù)依然尚不完善。

R2-D2由貝克飾演，其從外觀結(jié)構(gòu)上看，比C-3PO簡(jiǎn)單一些。這樣一位看似簡(jiǎn)單卻內(nèi)有乾坤的宇航技工機(jī)器人不僅與自己的好搭檔C-3PO配合搞怪，而且協(xié)助主人完成了星際航行、偵察敵情、維修飛船、甚至解救同伴等多樣復(fù)雜的任務(wù)。該機(jī)器人內(nèi)存信息量巨大，可以錄音錄像，存儲(chǔ)星際行星軌與星圖，投影三維全息影像，內(nèi)藏豐富工具庫(kù)；其自身具有三足靜定式結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)定移動(dòng)。此外，他分別在機(jī)體與兩條擺臂末端配置了助推器，以實(shí)現(xiàn)R2-D2在垂直空間內(nèi)的移動(dòng)。

可以不夸張地說，R2-D2在功能與智能上都要比C-3PO高級(jí)與專業(yè)。無論陌生還是熟悉的角色，都能聽懂R2-D2只有音調(diào)區(qū)別的音頻語言。從現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人角度來看，R2-D2更符合如今功能類機(jī)器人的設(shè)計(jì)，即首先注重功能的完善性與實(shí)用性，其次才是外觀與結(jié)構(gòu)的美觀與簡(jiǎn)潔。

在軍事領(lǐng)域，仿人機(jī)器人最大的用途便是戰(zhàn)地營(yíng)救，美軍便十分重視這類機(jī)器人的研發(fā)，如Bear機(jī)器人便是其中典型的代表。

BB8與軍用球形機(jī)器人

在《星球大戰(zhàn)：原力覺醒》中，反抗軍的宇航技工機(jī)器人迎來了更具科幻色彩的新伙伴BB8。據(jù)說大部分比較萌的東西都具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，那就是“圓”。如果從這一點(diǎn)看，BB8絕對(duì)是星戰(zhàn)系列電影里最萌的球形機(jī)器人。其球型的軀體能夠在沙漠地形上自由快速地移動(dòng)，而以往R2-D2機(jī)器人則較難在沙漠類地形的星球上自由移動(dòng)。

在電影中，細(xì)心的觀眾不難發(fā)現(xiàn)，BB8的“頭部”與軀體之間是懸浮關(guān)系，而隨著球型軀體的快速移動(dòng)，頭部可以不受軀體滾動(dòng)的干擾，保持對(duì)稱軸線與地面的垂直或形成一定的夾角，從而能夠?yàn)樽陨淼囊曈X導(dǎo)航系統(tǒng)提供較為穩(wěn)定的周圍環(huán)境視野，以進(jìn)一步規(guī)劃自身的運(yùn)動(dòng)軌跡。正是其萌萌的造型與懸浮的腦袋，給觀眾帶來了極強(qiáng)的科幻感。

如果把這個(gè)機(jī)器人搬進(jìn)現(xiàn)實(shí)世界，它會(huì)是怎樣的呢？從當(dāng)前技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā)， BB8頭部與身體的配合方式可以采用磁力連接的方式，但是暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)磁懸浮連接，而接觸式的磁力連接不難實(shí)現(xiàn)。在BB8的軀體內(nèi)，需要配置陀螺儀與相應(yīng)的主控中心以解決自身的平衡問題，并在兩個(gè)相互垂直的方向上分別配置麥克納姆萬向輪，用以實(shí)現(xiàn)軀體自身任意方向上的滾動(dòng)。

由于球形機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)靈活、地形適應(yīng)性強(qiáng)以及能耗相對(duì)較低的特點(diǎn)，其在軍事領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。由以色列研制的Eyeball機(jī)器人是其典型的代表。Eyeball機(jī)器人是由以色列ODF光電公司研制的適用于城市作戰(zhàn)的小型偵察機(jī)器人，該機(jī)器人內(nèi)裝有運(yùn)動(dòng)探測(cè)器、全向相機(jī)、近紅外發(fā)光二極管照明燈、麥克風(fēng)、聲音記錄器、無線電發(fā)射機(jī)、鋰電池等部件。外面包有三層橡膠，因此相當(dāng)堅(jiān)固和結(jié)實(shí)，即使從兩層樓拋下或被擲向混凝土墻時(shí)也不會(huì)受損。由于重量集中在底部，Eyeball機(jī)器人滾動(dòng)一段距離后可以直立，并能在操作人員遙控下以4圈/每分鐘的速度旋轉(zhuǎn)或停止旋轉(zhuǎn)。毋庸置疑，Eyeball機(jī)器人還是一種遙操作機(jī)器人，其智能化水平和BB8機(jī)器人相差甚遠(yuǎn)。

星戰(zhàn)中的多腿式機(jī)器人

影片中的大反派帝國(guó)軍團(tuán)使用的是三足變形式機(jī)器人。該款機(jī)器人被設(shè)計(jì)成可變形主要是為了解決其平面上快速移動(dòng)的問題。盡管該款戰(zhàn)斗機(jī)器人三足的配置方式在平面上具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性能，但同時(shí)三足配置方式大大降低了機(jī)器人的快速移動(dòng)性能。然而，該款機(jī)器人可以變形為輪式移動(dòng)平臺(tái)，正好彌補(bǔ)了三足機(jī)器人移動(dòng)緩慢的不足，大大提高了戰(zhàn)斗機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性能。所以，變形的思想除了可以節(jié)省機(jī)器人的存儲(chǔ)空間，也能從改變機(jī)器人結(jié)構(gòu)的方式來提高機(jī)器人的移動(dòng)性能。

除了上述這些身形嬌小，動(dòng)作靈活的機(jī)器人以外，星戰(zhàn)系列電影中的巨型機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)也是給觀眾留下了深刻印象，其中的代表則AT-AT與AT-TE巨型移動(dòng)機(jī)器人。二者基本都以四足的形式出現(xiàn)，就像是機(jī)器人世界里的“大象”與“犀牛”。它們留給觀眾的印象是體型龐大，移動(dòng)緩慢，攻擊力強(qiáng)，給人以無比的壓迫感。在現(xiàn)實(shí)世界里，如果需要建造這樣的龐然大物并能夠使其移動(dòng)，需要相當(dāng)大的能量源才能為其提供足夠的動(dòng)力。然而，為其提供動(dòng)力的裝置也存在自身自重且非?？捎^的問題，無法忽略。所以，能源來源問題，自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題等諸多問題都會(huì)致使建造這樣龐大且復(fù)雜的移動(dòng)平臺(tái)成為一種不可能的任務(wù)，使其只能存在于科幻的世界里。

近年來，美國(guó)波士頓動(dòng)力學(xué)工程公司在美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局“腿形班組支援系統(tǒng)”和“機(jī)動(dòng)性與操縱能力最大化”項(xiàng)目的支持下，研制了“大狗”機(jī)器人、驢型機(jī)器人LS3、“野貓”機(jī)器人、“獵豹”機(jī)器人，并在美軍海軍陸戰(zhàn)隊(duì)中得到了應(yīng)用。但在應(yīng)用過程中還有噪聲大、能耗大等問題亟待解決。

星戰(zhàn)中的多臂機(jī)器人

在星戰(zhàn)系列電影中，機(jī)器人除了作為士兵出現(xiàn)在電影里以外，還有以反派小頭目的形象出現(xiàn)的機(jī)器人。其中的主要代表就是格里弗斯將軍，一個(gè)外形冷酷，擁有可變形的四條手臂并能夠嫻熟運(yùn)用絕地武士激光劍的獨(dú)立星系聯(lián)邦將軍?？勺冃蔚脑O(shè)計(jì)也在其結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)。主要是上肢雙臂能夠分別拆分成兩支靈活自如的上肢，使用其激光劍時(shí)能夠?yàn)樽陨順?gòu)建起一道保護(hù)屏障。當(dāng)然，影片里格里弗斯將軍如此嫻熟運(yùn)動(dòng)技能也是大大得益于當(dāng)時(shí)的電腦CG制作水平。如果在現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)器人身上實(shí)現(xiàn)這樣流場(chǎng)迅速的動(dòng)作，科學(xué)家與工程師估計(jì)會(huì)覺得那要比登天還難。

機(jī)器戰(zhàn)士離實(shí)用有多遠(yuǎn)

科幻世界帶給人們的樂趣在于“只有你想不到，沒有不可能”。盡管科幻不等同于現(xiàn)實(shí)，但是卻又源于人們對(duì)現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)的加工與遐想。這也正是科幻吸引人們之所在。享受科幻，享受星戰(zhàn)。毫無疑問，“星戰(zhàn)”影片中的機(jī)器人也反映了未來軍用機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)：偵察/打擊一體化、作業(yè)作戰(zhàn)群體化、設(shè)計(jì)理念仿生化、人機(jī)交互自然化。

從機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向來看，軍用機(jī)器人有巨大的發(fā)展?jié)摿?，大有一舉顛覆地面戰(zhàn)傳統(tǒng)戰(zhàn)法的勢(shì)頭。不過機(jī)器人作為朝陽技術(shù)還不算很成熟，部分關(guān)鍵技術(shù)尚未徹底突破。在現(xiàn)實(shí)中，如何將機(jī)器人運(yùn)用到真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)上目前還存在較多的困難：如可靠性問題、能源供給問題、人機(jī)交互問題等。因此，軍用機(jī)器人離大規(guī)模服役還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段道路要走，任重道遠(yuǎn)。