空間站里的那些機(jī)器人

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)器人被設(shè)計(jì)和制造出來(lái)，進(jìn)入人類(lèi)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。探索和利用太空的過(guò)程中，空間機(jī)器人同樣發(fā)揮了作用，代替或協(xié)助人類(lèi)在太空中進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)、出艙操作、空間探測(cè)等活動(dòng)。

最像宇航員的機(jī)器人：Robonaut2

為了減少宇航員們出艙行走時(shí)面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)，美國(guó)國(guó)家航空航天局開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了名為“Robonaut2”（簡(jiǎn)稱(chēng)R2）的機(jī)器人。它的外觀與人類(lèi)宇航員十分接近，其頭部和手臂與軀干相連。軀干既可以與能在微重力環(huán)境下工作的機(jī)械腿組合，完成國(guó)際空間站上的任務(wù)，又能與輪式底盤(pán)結(jié)合，變成像火星車(chē)那樣在行星表面移動(dòng)的機(jī)器人，在行星探測(cè)與航天基地建設(shè)中承擔(dān)工作。

R2的“眼睛”是頭部的4個(gè)視覺(jué)攝像頭，每2個(gè)攝像頭組成一個(gè)視覺(jué)信息單元，其中一個(gè)單元工作，一個(gè)單元備用。R2還在“嘴部”周?chē)渴鹆?5個(gè)紅外攝像機(jī)，以接收人眼不能感知的紅外信號(hào)，從而幫助機(jī)器人更準(zhǔn)確地感知周?chē)那闆r。

Robonaut2和宇航員

R2的手臂上安裝了兩只具備多達(dá)12個(gè)自由度的機(jī)械手，手臂本身還具有7個(gè)自由度，能完成相對(duì)復(fù)雜的動(dòng)作。每根手指能施加的最大抓握力約為22N，手臂的最快移動(dòng)速度為2m/s，遍布全身的350個(gè)傳感器能提供類(lèi)似于人的觸覺(jué)的信息，不但能幫助R2有效地完成工作，還能確保其安全。R2的“大腦”是38個(gè)PowerPC型處理器。為了應(yīng)對(duì)太空中可能讓芯片“死機(jī)”的高能粒子，這些芯片都采取了特別的防護(hù)措施。

2011年2月24日，R2乘坐“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)到達(dá)國(guó)際空間站。為了循序漸進(jìn)地完成測(cè)試，R2的軀干部分先被送達(dá)太空，腿部則被留在了地球。在完成靜止?fàn)顟B(tài)的加電測(cè)試，確認(rèn)各部分工作正常后，R2的腿部才被運(yùn)上太空。

在國(guó)際空間站駐留期間，作為初步的試驗(yàn)，R2進(jìn)行的僅僅是在太空艙內(nèi)打掃過(guò)濾器、清除塵土這些簡(jiǎn)單的工作，并在2018年圓滿(mǎn)完成任務(wù)，被運(yùn)回地球進(jìn)行檢修和升級(jí)。

未來(lái)，它還將重返國(guó)際空間站，完成艙外行走等任務(wù)，并有可能成為宇航員們的太空醫(yī)生，在地面醫(yī)護(hù)人員的操作下為宇航員們提供專(zhuān)業(yè)的醫(yī)療服務(wù)。

飛船對(duì)接好幫手：加拿大機(jī)械臂

國(guó)際空間站上的機(jī)械臂雖然不具備與人接近的外觀，但由于它們能在操作人員的控制下協(xié)助航天員完成各類(lèi)任務(wù)，因此也被劃入空間機(jī)器人的范疇。在國(guó)際空間站上，最有名的機(jī)械臂當(dāng)屬由加拿大設(shè)計(jì)制造的第二代“加拿大臂”（Canadarm2）。

加拿大制造太空機(jī)械臂的歷史最早可以追溯到20世紀(jì)60年代末。為了在航天飛機(jī)上安裝一個(gè)能在貨艙中移動(dòng)貨物或航天器的機(jī)械臂，美國(guó)國(guó)家航空航天局找到加拿大國(guó)家航天局，希望他們對(duì)核電站裝卸核燃料的機(jī)械臂進(jìn)行改造，以供航天飛機(jī)使用。后來(lái)，加拿大臂在航天飛機(jī)上出色的表現(xiàn)使國(guó)際空間站同樣選擇了由加拿大設(shè)計(jì)制造的、功能更好的第二代加拿大臂。

加拿大臂牽引天鵝座貨運(yùn)飛船與空間站對(duì)接

加拿大臂的長(zhǎng)度為17.6m，能移動(dòng)物體的最大質(zhì)量可達(dá)116t。在國(guó)際空間站上，加拿大臂可協(xié)助航天飛機(jī)、貨運(yùn)飛船等飛行器與國(guó)際空間站對(duì)接。此外，它還能利用國(guó)際空間站的骨架——綜合桁架結(jié)構(gòu)在國(guó)際空間站上移動(dòng)，從而能被部署到空間站的不同位置。

宇航員也可將自己連接在加拿大臂末端，借助加拿大臂在空間站外圍便捷地移動(dòng)。為此，在加拿大臂上還設(shè)置了供宇航員存放工具和連接安全繩的裝置。

航天員的好伙伴：小型艙內(nèi)機(jī)器人

去年，一臺(tái)名叫CIMON的人工智能機(jī)器人助理被部署在國(guó)際空間站上，開(kāi)始協(xié)助宇航員工作。

CIMON由空中客車(chē)公司、德國(guó)航天中心（DLR）和IBM公司等企業(yè)與機(jī)構(gòu)合作研發(fā)。由于太空中的失重環(huán)境，有著渾圓外觀的CIMON可以漂浮在空間站的座艙中，因此也被稱(chēng)為“漂浮的大腦”。

CIMON與宇航員的交互通過(guò)天地聯(lián)動(dòng)的方式進(jìn)行。當(dāng)宇航員和CIMON交談時(shí)，CIMON將宇航員的語(yǔ)音信息識(shí)別為文字信息，利用國(guó)際空間站與地面的通信鏈路將文字信息傳到IBM的云計(jì)算系統(tǒng)中，已經(jīng)完成前期訓(xùn)練的AI系統(tǒng)就運(yùn)行在這臺(tái)計(jì)算機(jī)中。

AI將對(duì)宇航員的話(huà)語(yǔ)含義進(jìn)行分析，判斷宇航員的意圖，并生成CIMON對(duì)宇航員的回應(yīng)內(nèi)容，傳回國(guó)際空間站。收到地面處理過(guò)的信息后，CIMON通過(guò)自己的屏幕和揚(yáng)聲器向宇航員做出語(yǔ)音、圖像表情和內(nèi)容的回應(yīng)。

太空蜜蜂也是一種個(gè)頭不大的航員艙內(nèi)助手。它的外形是一個(gè)邊長(zhǎng)約32cm的立方體，質(zhì)量約10kg。太空蜜蜂能通過(guò)自身的小型旋翼在空間站艙內(nèi)自主移動(dòng)飛行，執(zhí)行不同的工作。當(dāng)電量即將耗盡時(shí)，它還能自主尋找空間站內(nèi)的專(zhuān)用充電位，為自己補(bǔ)充能量。

太空蜜蜂可以代替宇航員進(jìn)行一些簡(jiǎn)單重復(fù)的工作。對(duì)于地面控制人員來(lái)說(shuō)，太空蜜蜂是他們?cè)谔罩械牧硪浑p眼睛。他們只需坐在地面的控制室中，就能操控太空蜜蜂到達(dá)他們想要檢視的位置，通過(guò)太空蜜蜂傳回的視頻數(shù)據(jù)掌握空間站上的運(yùn)行情況，監(jiān)控科學(xué)試驗(yàn)的進(jìn)行。

以往，試驗(yàn)新的航天技術(shù)往往要發(fā)射一顆專(zhuān)門(mén)的衛(wèi)星，成本相當(dāng)高，試驗(yàn)周期也較長(zhǎng)，而太空蜜蜂能為各類(lèi)新技術(shù)提供低風(fēng)險(xiǎn)、低成本的前期試驗(yàn)平臺(tái)。研究人員只需將相應(yīng)技術(shù)的試驗(yàn)裝置安裝到太空蜜蜂上，就能獲得在近地軌道上的真實(shí)試驗(yàn)環(huán)境。一旦試驗(yàn)中出現(xiàn)未曾預(yù)想的問(wèn)題，宇航員可以立即動(dòng)手幫忙解決。（據(jù)千龍網(wǎng)）

宇航員與人工智能機(jī)器人助理CIMON

太空蜜蜂工作情況想象圖