寻找潘多拉星球 机器人宇航员应用前景

　　机器人宇航员或许在未来更为广阔的航空航天领域拥有更多的应用前景。

　　为重振美国经济，总统奥巴马2月份提交了一份高达3.8万亿美元的2011财年预算草案，不仅创下新的财政预算和赤字纪录，而且由于“预算不足”，草案中还削减了许多暂不影响美国国家安全的尖端技术项目，其中就包括2020年前重返月球并建立永久月球站点的“星座计划”。

　　奥巴马此举引来了不少美国政要的质疑，但此间又有分析人士指出：就美国国家航空航天局而言，早夭的“星座计划”虽然是个杯具，但该项目节留下来的钱仍可以用于支持另一项“机器人空间计划”以及其他一些创新技术的开发。

　　果然，通用与美国国家航空航天局近日宣布将联手合作，加速开发新一代机器人宇航员及其在汽车和航天领域的相关应用技术。

　　通过应用先进的控制、感应和影像技术，通用与美国国家航空航天局的科学家将根据太空行动协议在休斯顿约翰逊航天中心共同开发一款全新的高灵敏度的仿人机器人。它将被用来与人类共同并肩工作，帮助通用生产更加安全的汽车和建设更加安全的生产工厂，或协助美国国家航空航天局的宇航员完成一些危险的太空工作。

　　在航空领域里，应用高灵敏度仿人机器人来完成一些复杂的工作并不是突发奇想。约翰逊航天中心的软件设计、机器人技术以及仿真部门联合美国国防部高等研究计划局在10年前就已经制造出了为太空之旅而设计的仿人机器宇航员。在过去的10年里， 美国国家航空航天局已经在制造为太空应用的机器人技术方面积蓄了丰富的专业技术，这将为美国国家航空航天局的重返月球计划提供更多的帮助和便捷。

　　“我们今天所面对的挑战是要制造出能够帮助人类工作和探索外太空的机器”，约翰逊航天中心总监Mike Coats说，“与人类并肩工作，或到一些对人来来说过于危险的地方，机器宇航员将在建设和探索方面大幅提升我们的能力。”

　　通用与美国国家航空航天局之间的合作关系将实现科技的进步，这也将让通用能够开发出更加安全的汽车以及更加安全的生产工厂。通用的战略是开发一套整合了机器人技术与工人生产的装配流程。此外，通用还积极应用这些技术来开发先进的汽车安全系统。

　　“对于通用汽车来说，这是一次关于更安全的和更安全的工厂的尝试。当这一技术被应用到未来的车型上，其在控制、感应及影像技术上的进步将被用来开发先进的汽车安全系统。”通用全球研发副总裁陶蔼伦说，“双方合作的愿景是要实现先进机器人与人类共同和谐工作，在更安全、更具竞争力的生产环境中生产出质量更加出色的汽车。”

　　在Oceaneering国际公司的工程师的协助下，通用与美国国家航空航天局研发并制造新一代的机器人宇航员R2，与上一代相比，R2的移动速度更快、更灵活、技术更加先进。R2将能够使用它的机械手来完成以前的仿人机器人所不能完成的复杂工作，并且无论在地面还是太空，它都能够安全地与人类并肩工作。

　　通用与美国国家航空航天局之间在核心技术方面有着长期、广泛的合作关系。早在1960年代通用就曾为美国国家航空航天局的阿波罗登月计划开发车辆导航系统，这也是今天的车用导航系统的前身。通用还在第一辆在月球上行驶的“月球车”的开发中扮演重要角色。这次最新的合作将集中于先进仿人机器人技术的开发和应用，这也为双方在机器人技术领域的更深层次合作提供了可能。

　　星座计划

　　阿波罗登月计划完成之后，美国决定今后几十年内不再进行登月旅行。30多年后，美国总统布什于2004年初提出“太空探索远景计划”，即在2020年前，美国宇航员再次登上月球，并建立月球基地，为人类登上火星做准备。后来，布什又根据“太空探索远景计划”制定了“星座计划”。

　　“星座计划”包括一系列新的航天器、运载火箭以及相关硬件。作为重返月球的第一步，美国国家航空航天局的月球勘测轨道器于2009年6月发射升空，8月份转入高度50公里的近月轨道，迄今为止已获取大量月球最新的宝贵资料。之前美国科学家已初步决定将在月球的南极建立一座永久性基地，并准备就该项目同包括俄罗斯、中国在内的多个国家展开国际空间站合作。2010年2月，美国总统奥巴马以“预算不足”为由实际搁浅了包括建立月球基地在内的“星座计划”。

　　机器人宇航员

　　第一代机器人宇航员是10年前由美国国家航空航天局与美国国防部高等研究计划局联合研制的。机器人宇航员能够代替人类完成很多危险或异常精细的太空舱外作业，并提高人类对太空探索和建设能力。

　　太空行走是国际空间站中的一项重要活动，是轨道修复工作中的关键步骤，经过50多年太空作业工具的研发积累，高度智能化的类人形机器人终于有了实现的可能。虽然现阶段最先进的机器人在动作上也远不及人类灵活，但机器人宇航员却不必处处模仿人类，而是以人类宇航员在失重状态下的表现为设计基准的，尤其是极限工作能力、活动范围以及力量和耐久性等。这也是这种机器人与传统地球机器人的最大区别。

　　然而，机器人宇航员仍然需要由人来控制做出动作反应，这一过程的核心技术便是它的遥感操作系统，其基本描述为：操控者通过与机器人视觉同步的头盔显示器、拥有触觉和力度反馈的手套及肢体动作追踪传感器，与机器人宇航员实现连接，能够在三维空间里控制机器人宇航员多达43个自由度（关节），从而完成各种复杂的工作。

　　遥感操作系统实际上就是令操作者以虚拟方式出现在机器人的工作场景中，操控者会感觉他和机器人是融为一体的，头盔显示器会按三维效果显示机器人头部摄像头拍摄到的景物，以便提供最接近真实的视觉反馈，为实现这一功能，这种头盔必须能够计算出双眼的视域范围和成像差角，并具备图形叠加以及语音传达等其他功能。控制机器人宇航员双手及手指动作的操作员手套安装有对弯曲变形敏感的手指姿态传感器，能够记录操控者每一个手指的空间位置变化并将其转化为数字信息，通过无线连接，系统将这些信息发送给机器人宇航员，后者自身的主动活动功能便会被激发，从而实现操控者的动作意图。手臂、躯干及头部的动作跟踪是由基于电磁感应的位置和方位传感器完成的，操控者和机器人宇航员之间的肢体动作同步过程也和上述手指动作环节完全一致，这种遥控机器人与《阿凡达》中的机械战士属于同一原理。

　　目前，除美国外，日本和欧盟也启动了类似的太空机器人项目。“星座计划”受搁置后，美国的载人航天事业发展也会放缓，而机器人宇航员或许在未来更为广阔的航空航天领域拥有更多的应用前景。