拥有一个擎天柱？这不容易！

2009-06-30

特蕾西·威尔逊

经济观察报特蕾西·威尔逊/文 毫无疑问，这个让人有点无奈的夏天终于有一档电影将引爆我们的热情，那就是《变形金刚2》。去年夏日，朋友看完《变形金刚》的评论言犹在耳，“当我从影院走出来时，我觉得一切汽车都可以变形”。就剧情本身而言，这部续集的看点很多：机器人造型改变的传言、大黄蜂的生死疑问……但现在，我们关心的问题多了一个：具有变形能力的机器人，是否同样可以在现实生活中大展拳脚？

过大重负的擎天柱

作为汽车人的领袖，“擎天柱”威名赫赫，令人震撼。不过，从工程学的角度看——这个名字有点绕口，“擎天柱”其实是一个自重构机器人。如果我们迂回发问：“想拥有一辆可以变成机器人的真实大小的拖车都需要些什么？”其实心底的真正念头是：“制造一个真实大小的‘擎天柱’需要什么？”

工程师迈克尔·D·贝洛特的答案可能要令你失望了：“对于自重构机器人来说，工程师们希望让每个单独的移动部件尽可能小巧、简单、成本低廉，便于更换。”

目前，的确有一些可以自动重构或是形状可变的机器人已经被用于不同的工作类型。然而，它们却和“擎天柱”大不相同。

世界上最出色的“行走”机器人是本田公司的ASIMO机器人，总重量只有53.6公斤，以低于每小时3.2公里的速度行走，时间只能持续40分钟（电能驱动）。ASIMO机器人的重量比为0.41公斤/厘米，相比之下，“擎天柱”的重量比则要高于13.3-14.2公斤/厘米，是ASI－MO机器人的30余倍——由于通常的大型拖车重量都超过30吨，因此“擎天柱”的重量至少要在35到40吨之间。

“对于‘擎天柱’来讲，他的单独部件甚至有卡车车舱那么大。就算我们可以制造这样的部件，造价也将极其昂贵。并且，要使整个系统正常协调工作，在现实中几乎无法实现。”

即使工程师们想出如何制造 “擎天柱”的大型部件，也很难提供驱动这种大型部件所需要的动力：当 “擎天柱”是汽车形态时，还可以用常规柴油燃料驱动；但是当它站起来像人一样行走时，所需要的驱动功率远非一台柴油发动机能提供的。

另外，让机器人模仿人的行走动作也并非易事。

贝洛特解释说：“对于机器人，需要一系列的指令（抬腿量‘x’，前移量‘y’以及落地量‘z’等等）。对于人类来说，并没有反馈机制——对于腿将落在何处，你的大脑并不需要不停地和腿交换信息。我们只需将腿向前移动，然后落下，使腿准备好吸收脚和地面接触产生的振动就可以了。”

当梦想照进现实，结果往往是残酷的——现在我们知道，要在日常生活中拥有一个像“擎天柱”一样的机器人是不切实际的。

别样的“变形机器人”

先别沮丧，看看我们可以做到什么。目前，能改变自身形态或变为其他形态的机器人的确存在。

变形金刚最神奇的地方，自然是它可以变成两种完全不同的形态。大多数变形金刚既可以变成直立行走机器人，又可以变成汽车等重型机器。一些机器人还可以变形成武器或电子设备。而不同形态的变形金刚，则有着截然不同的威力和功能。

现实中的机器人与此有很大不同，他们通常只执行一件或几件相关任务。例如，火星探测器——“漫游者”就被用来执行一系列的任务：通过太阳能电池板发电，并将电能储存在蓄电池中，穿越各种地形，拍摄照片，钻探，利用分光仪记录下温度、化学成分、X-射线以及alpha粒子，还要用无线电波将记录的数据传回地球。

但对于上述任务之外的工作，“漫游者”探测器就不擅长了。比如，它不能架设桥梁，不能进入狭小空间，不能制造其他机器人……换句话说，它是可以充当一台蹩脚的搜救机器人，但却无法在自动化工厂被应用。

这就是为什么工程师们要开发“变形机器人”。

像“变形金刚”一样，这些机器人能根据不同任务改变它们的形状。和人形与拖车两种形态的变换不同，变形机器人可以有多种形态。更重要的是，它们比真正的“变形金刚”要小得多，一些变形机器人的模块部件甚至只有手掌大小。

你可以这么认为，本质上，一个模块就是一个相对简单的小型机器人，或是机器人的一部分。

模块化机器人就是由许多同样的小模块组成。一个模块化机器人根据设计和所执行任务的不同，由几个或者许多模块组成。目前，一些模块化机器人还处于计算机仿真阶段；另一些也正处于发展初期。但它们的运行都基于同一个原则——多个小机器人联合组成一个大机器人。

当然，一个模块本身并不能做什么。要成为一个完整的变形系统，他们还需要具备模块之间的连接以及管理模块之间运动关联的控制系统。

人工智能，“自我”意识

除了尺寸和模块结构不同外，自重构机器人与“变形金刚”之间还存在一个重要差异——“擎天柱”和其他的“变形金刚”都有自我意识，可以独立做出决定，它们的智能中枢也就是“大脑”位于体内。“变形金刚”的“大脑”控制它的每一个移动部件，单独的部件本身几乎都没有独立的智能。

对于大多数模块机器人，每一个模块都或多或少存在独立智能，用于确定移动的方向。并不是有哪个模块统一支配所有模块，规划和移动能力被分散开来。

如果一群小机器人，每一个都自己支配移动方向，结果会是一团糟。其实所有模块的运动都基于一套几何学原理，并通过程序算法控制其整体移动。机器人正是通过这些算法和原理，从一种形态变成另一种形态并穿越各种地形。

由于变形十分复杂，机器人并不是像影片中那样，一步就可以完成大规模的变形，而是通过一系列中间步骤逐渐变形的。例如，一个阵列机器人要从一堆随机排列的模型变成一个双足机器人，首先需要的就是组成两条腿。之后，利用两条腿搭起的框架构建成机器人的上半身。

现阶段，很多机器人都可以独立进行一些简单变形。更复杂的变形则需要借助科学家的帮助，通过收集信息进行半自动控制，而非全自动处理。也有些机器人仍停留在开发的初级阶段，所有指令都需要从计算机工作站获取，自身没有独立智能。

目前，科学家们正在通过计算机仿真研究适用于每一种机器人动作的理论方法。如果研究成功，该研究成果可以使工程师依照同样的动作规则理论研制出新的模块机器人。

不久，通过正确的程序和指令，机器人们可以变成现实中的任何形态，只是，这些机器人还不能像“变形金刚”一样行走、说话：“汽车人，变形！”

（本文由博闻网www.bowenwang.com.cn提供中文版权）

经济观察网相关产品

(共有条评论)

更多评论