拆弹机器人:一部挽救人类生命的发展史

2016-08-01 12:39:50     作者:天诺      来源:雷锋网

从技术角度来说,它们并不能算是真正意义的机器人。

人类无法走过布满炸弹的道路,机器人却能从容面对。在所有机器人应用中,拆除炸弹是最危险的一项工作,因为机器人所走出的每一步,都潜伏着“死亡”的危险。

拆弹机器人的主要工作目标,就是要使军用爆炸物失效。从它诞生起至今,已经有超过40年时间了,而拆弹机器人的实际应用更是频繁。不过坦白说,“拆弹(排爆)机器人”其实算是一种误称,因为从技术角度来说,它们并不能算是真正意义的机器人。

根据牛津英语词典对机器人的定义,它应该是一种“能够自动执行复杂动作的机器”。而拆弹机器人无法根据实际环境判断操作,也无法自主运行。事实上,拆弹机器人更像是如今的无人机,或者再近一步,有些类似于无人驾驶汽车,因为它们基本上都是依赖人类操作员在远程进行控制的。

早期拆弹机器人是由电线来控制操作的

这些拆弹机器人其实扮演的是人类拆弹专家“遥控器”的角色,或者,用英国陆军给它们起的名字来形容,是一个——“炸弹博士”。有了拆弹机器人,人类拆弹专家可以近距离检测炸弹,无需让自己或是其他同事置身于危险环境之中。一旦炸弹被测出,机器人就会按照设定程序执行操作,使其失效。

拆弹机器人不仅能让炸弹失效,实际上,它几乎可以引爆任何类型的爆炸装置,范围十分广泛,比如地雷、未爆炸的弹药等等。

在第一代拆弹机器人中,有一款名为Wheelbarrow Mark 1。1972年,英国陆军中校皮特•米勒突发奇想,尝试使用电动独轮车底盘来牵引可疑爆炸物(比如汽车炸弹),因为这样,炸弹就能被带离到安全地点引爆,不会伤害到其他任何人。

不过,Wheelbarrow Mark 1原型车设计出来之后,人们发现其可操作性非常差,因此,位于英国彻特西的军用车辆工程研究所开始着手改善这款原型车的控制和追踪系统。

拆弹机器人无需人工参与,就能完成炸弹监测工作

之后,米勒将陆军少校罗伯特•帕特森旗下的“狩猎野猪”(军事术语)项目应用在了Wheelbarrow拆弹车上。这次整合,使Wheelbarrow拆弹车有能力让炸弹失效,而不是简单地将其拖离危险区域。

不过,现代拆弹操作的关键要点已经不再是引爆爆炸物,而是要使之失效。为了达到这一目标,拆弹机器人通常会在设备电线上喷射高压水流。一个爆炸设备通常需要依靠电源来引爆:干扰爆炸物,意味着需要破坏其电路,继而使之失效。不过,有些爆炸设备还会部署二级系统,一旦爆炸设备监测到自己的电路被篡改,它们同样会引爆炸弹。所以,这就是为什么最好能使用机器人来辅助拆弹工作的原因。

根据英国军方一位发言人表示:

当他们驱动机器人时,会让机器人寻找在什么位置射出水射流。如果水射流喷射到爆炸物设备的电线上,就会导致电线脱落,此时爆炸物就不会爆炸了。或者,至少会有防爆工作人员上前去查看,确认爆炸物已经安全了。这就是为什么当机器人执行拆弹任务时,你很少会看到巨大的爆炸发生。

在安全距离范围内,拆弹机器人会由操作人员控制。这些机器人身上绑定了高清摄像头,将炸弹设备装置的图像传输到后台显示器上,因此人类操作员可以实时看到机器人所“看到”的情况。通常,我们会在拆弹机器人的头部前方安装一台摄像头,这样后台操作人员就能看到机器人正在做的操作,此外,在拆弹机器人的“胳膊”上也会绑定摄像头,为操作人员提供了更广阔的视角,可以看到爆炸装置的周边区域。

最初的拆弹机器人是由一系列绳索控制的,不过,随着技术的进步,通讯电缆开始逐渐应用在拆弹机器人身上,人类可以将操作命令直接传输到机器人的电动系统内。不过,通讯电缆虽然提升了拆弹机器人操作功能,却极大地限制了其活动半径。这也导致会让人类操作人员身处于爆炸危险范围之中,即便爆炸物不会炸到人类身上,但是其散播的爆炸物颗粒、粉尘也会被吸入到人体内,对身体造成伤害。

拆弹机器人引爆了伊拉克道路上的一颗炸弹

而现在,越来越多的拆弹机器人开始选择无线通讯技术,这样既能有效执行人类命令,也不再受到危险范围的限制。不过,无线通讯的安全性并不客观,虽然很多远程操作都是在军事安全层下执行的,但依然会受到黑客攻击。

爱丁堡机器人中心主管Sethu Vijayakumar教授表示:

通常情况下,你无法准确获得拆弹机器人视线,更不可能尾随在机器人身后指导它们操作。因此在这种条件下,现代机器人和无人机非常相似,都需要在几公里之外执行操作。

但不得不说的是,自从拆弹机器人诞生以来,虽然其核心功能始终如一,但在设计上却没有太大变化。如今的机器人不仅越来越小,功能也越来越强大,但拆弹机器人依然是靠人类控制、并且需要靠“双臂”操作的机器设备。

不过,当我们谈到机动性问题时,拆弹机器人还是有很大进步的。过去的拆弹机器人配置了类似坦克的单配对卡特皮勒履带,而现在既有双配对卡特皮勒履带,同时还能加入六个、甚至更多轮子。随着机动性的增强,拆弹机器人可以在更多困难地形上行驶,有些甚至还能爬楼梯。

与此同时,拆弹机器人“手臂”的通用能力也得到了极大地提升。绝大多数拆弹小组可以携带各种不同工具,连接到拆弹机器人身上,帮助它绕过各种障碍——比如当拆弹机器人发现前面有铁丝栅栏阻碍其前进,就会使用钢丝钳剪断它。

很多拆弹机器人会在各种恶劣条件下执行拆弹任务,因此它们必须要能承受各种压力,这也意味着必须使用高质量的材料来制造拆弹机器人。Vijayakumar说道:

在拆弹机器人开发过程中,大部分成本都花在了购买高质量的电子元件和传感器上,因为我们必须要确保拆弹机器人能在非常残酷的条件下正常运行。在这一行业领域里,能应用到拆弹机器人身上的电子产品并不多,不过有些产品的质量已经非常不错了。

有些拆弹机器人甚至可以爬楼梯

在外观上,拆弹机器人也是形状各异——有的机器人体积很小,也非常便于携带,能够轻松塞进士兵的背包内;还有的体积很大(大小类似于家用割草机),它们身上会配置各种高科技产品,比如X射线设备和炸弹探测器。

拆弹机器人刚被设计出来的时候,操作十分复杂,人们需要经过专门培训才能控制它。但是现在,拆弹机器人控制器就像是游戏机。Vijayakumar表示:

在高压环境下,前提条件就是要尽可能地为人类操作人员提供最直观、最简单的操作功能。你可以加入很多复杂的功能,但要知道,大多数情况下使用拆弹机器人的都不是机器人学家,而是“外行”的普通人。因此,在设计控制器的时候要尽可能地考虑使用操纵杆,就像游戏手柄一样。

随着机器人和远程控制系统的进步,拆弹机器人会变得越来越适应环境。有些拆弹机器人原型甚至可以翻墙,或是远距离跳跃。还有的机器人拥有两只手臂,可以更加灵巧地执行很多高精度操作——比如命令拆弹机器人打开汽车后备箱,看看里面装了些什么。

如今,拆弹机器人已经不再是“一个人在战斗”了,人们也研发了很多特定功能机器人,使之组成一支团队,集体协作完成拆弹任务。举个例子,一个机器人负责搜索爆炸物,另一个负责拆弹。

随着拆弹机器人背后技术日益提高,它们也有能力挽救更多生命。Vijayakumar总结道:

拆弹机器人可以进入到危险的目标区域,而人类则可以在安全距离之外控制、操作机器人,不用再冒险上阵拆弹。即便在最坏的情况下,牺牲的也只是一台机器人。

VIA BBC

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