排爆机器人的发展与革命

　　美国“陆军技术”网站2014年3月13日发表了贝勒奈西•贝克的文章：Bomb disposal robots-evolution and revolution。文章介绍了排爆机器人的发展历史以及最新研究进展。作者在文章详细介绍了“弯刀”机器人、“背包机器人”以及机器人“莎莉”的性能，并在文章最后简单预测了排爆机器人的发展趋势。文章编译如下：

　　20世纪70年代，原先用于民防组织的远程操作排爆机器人开始加入军队服役，在非对称战争中支持军方的行动，至今已经拯救了无数人的生命。随着机器人技术的不断发展，现在的排爆机器人速度更快,机动性能更好，其灵巧性已经能够与爆炸物处理技术人员的亲手操作相媲美。

　　对于爆炸物处理机器人的工作描述相当简单，也就是使爆炸物失去效用或者安全引爆装药，与此同时，操作人员与其保持一个安全的距离。1972年，第一台“手推车”(Wheelbarrow)机器人问世，直到今天其后裔仍然在军队服役，同时，工程师和研究人员也在不断升级排爆机器人，以应对不断变化的挑战。最新的排爆机器人展示了令人惊讶的多功能性、灵活性和多样性，它们能够支持排爆技术人员比以往更加安全、高效地实现自己的目标。

　　“弯刀”（CUTLASS）机器人

　　诺斯罗普•格鲁门公司不但将“手推车”机器人带入了21世纪，而且在2012年9月通过其英国子公司Remotec UK为英国武装部队设计了一款新型机器人。这款机器人被称为“弯刀”，这是一种速度较快、易操纵的轮式机器人，能够单独胜任评估威胁以及处理爆炸物的任务。

　　“‘弯刀’机器人可以取代两台传统的机器人，因为它集成了很多的能力，”诺斯罗普•格鲁门公司信息系统欧洲事务总经理丹尼•米利根（Danny Milligan）解释说，“它可以深入爆炸物现场，“注视”着爆炸物并选择适当的工具来处理任何被发现的爆炸物。”

　　相比之下，传统的排爆处理往往需要一台机器人使用摄像头捕获现场状况，另一台机器人使用工具来处理它，或者是一个机器人捕获关于爆炸装置的信号后，返回到操作人员处，更换工具后再返回排爆。“弯刀”机器人配备车载传感器和摄像头，操作人员使用这些设备来评估威胁，并在其移动过程中从大量的车载工具包中选择合适的工具来完成任务。操作人员利用“弯刀”机器人的摄像头所反馈的信息，通过一个指挥和控制装置在一段距离之外来操控机器人，例如，在车辆的后面。

　　“传统的机器人部署时，操作人员需要直接观察机器人，”米利根说，“但是使用‘弯刀’机器人时，你可以在一段距离之外或者障蔽物之后操控它。”

　　然而，操纵这样一个先进的机器人并不容易。要想使机械手臂发挥最大的灵活性，其操控系统一定会非常复杂。但国际版“弯刀”机器人却已经显著简化了操控系统。

　　“我们已经证明操作人员使用目镜和一个操纵柄就可以有效地控制机器人，目镜实际上就是一个iPad。”米利根补充说。

　　“弯刀”机器人仍在不断改进，以迎接新的挑战。最近，诺斯罗普•格鲁门公司已经为“弯刀”机器人开发出一种新的附加装置，旨在应对一种与爆炸物定位有关的特定威胁，但具体细节目前没有透露。

　　安全与防务展的与会者可能已经在展会上看到了诺斯罗普•格鲁门公司生产的“龙虾”（Lobster）机器人，这是该公司迄今为止最灵巧的机器人，它配备了双机械手，这些机械手如此灵巧，即使一个人俯卧在地上，它们也可以从其口袋中取出物品。虽然诺斯罗普•格鲁门公司大多数的研发工作都是该公司独立完成的，但是“龙虾”机器人却是与其他公司协作的产物。

　　“我们已经与应用思维公司（Applied Minds）合资研发‘龙虾'机器人，应用思维公司总部位于洛杉矶，该公司与诺斯罗普•格鲁门公司有着长期的合作关系。他们的一些研究项目有助于我们实现目标。”米利根说。

　　iRobot公司生产的全任务排爆机器人

　　如果说“弯刀”机器人是为了专门满足英国军方的要求而开发，那么iRobot公司引以自豪的则是能够为所有任务提供一系列无人排爆解决方案。

　　iRobot公司机器人产品总监马克•贝朗格（Mark Belanger）解释说：“我们最小的机器人产品名为“第一眼”（FirstLook），这款机器人重约5磅，适合放在背包中携带，主要从事下车排爆行动；最大的机器人产品是“710型勇士”（710 Warrior），重500磅，适合处理车载简易爆炸装置、隐藏在基础设施中的或者更大的炸弹。”

　　但到目前为止，iRobot公司最受欢迎的机器人产品是60磅重的“背包机器人”（PackBot），“背包机器人”自2001年开始部署，并且基于客户反馈不断改进，以应对不断发展的威胁。

　　“这是一种多用途机器人，”贝朗格说，“它配备的三自由度（三个关节）机械臂使其能够在广泛的范围内抓取物品，这些是其他机器人不可能做到的。它可以进入密闭空间，能够集成各种化、生、放、核传感器，还可以进入已经压低的飞机通道并且到达前方的机舱。”

　　它的多功能性使其广受部署在伊拉克和阿富汗的美军和国际联军的欢迎，其受欢迎程度甚至已经引起了美国战后设置执法部门的关注。至今“背包机器人”已经生产了大约6,000台，其中美军列装了大约4500台，其余1500台列装了美国的35个盟国或者伙伴国，其范围遍及欧洲、中东地区和亚太地区。

　　“‘背包机器人’正在全球部署，它能够适应各种各样的环境，美军主要将其部署在伊拉克和阿富汗的沙漠环境中，”贝朗格说，“它既能够适应高热和高湿以及太平洋地区不同的环境，又能够适应中东地区的高温和沙尘以及欧洲的不同气候。”

　　iRobot公司生产的爆炸物处理机器人的控制方式随着平台的尺寸和性能的变化而变化。较大的“背包机器人”和“710型勇士”机器人使用一台基于笔记本电脑的控制器，而“第一眼”机器人使用一种集成屏幕的、直观的轻量级2磅重的手动控制器，并且不需要培训。

　　“对于30磅重的310型小型无人地面车辆（Small Unmanned Ground Vehicle，SUGV），我们已经销售了超过1000台，我们为这款机器人集成了Xbox控制器与仰视显示器，”贝朗格解释说，“我们想给予我们的客户和操作人员更加直观的感受，确保我们的产品易于使用，并且外观和感受类似于他们在平民生活中熟悉的事物。”

　　在技术走向方面，贝朗格说，从伊拉克到阿富汗，机器人已经变得更小、更轻，能够在有限的基础设施内支持模块化的排爆任务。例如，“第一眼”机器人，最初被设计成一台侦察机器人，现在它已经配备了轻巧的机械臂和热成像相机来处理爆炸物威胁。在目前的后阿富汗时代，需要较大型的机器人来处理车载简易爆炸装置和其他你可以在城市场景中遇到的威胁。

　　“在伊拉克和阿富汗，军方进行了大量的就地引爆来清除简易爆炸装置的威胁，”贝朗格解释说，“在市区的平民中间，要做到这一点并不容易，你需要一个机器人来承担威胁，并确保不会伤及无辜。”

　　“背包机器人”也被升级应用于爆炸物处理之外的领域，iRobot公司最近曾为背包机器人集成了化学、生物、放射性和核传感器。

　　“我们的研究领域之一就是让我们的机器人具备更多的功能，因此，当它们不是随同排爆小组进行部署时，它们也可以使用核、生、化以及其他传感器完成排爆以外的任务，”贝朗格总结道。

　　机器人“莎莉”（Robo Sally）

　　虽然诺斯罗普•格鲁门公司和iRobot公司的大多数研发工作都是在公司内部独立完成，但是它们也偶尔与学术和研究机构进行协作。与学术机构协作开发先进技术更重要的原因是吸引军方的眼球。位于马里兰州劳雷尔市的约翰斯•霍普金斯大学应用物理实验室（Applied Physics Laboratory，APL)的研究人员为被截肢人员研发的高度灵巧的义肢现在已经应用于排爆机器人，人们亲切称呼这台机器人为“莎莉”。

　　“我们通过国防高级研究计划局资助的‘完美义肢’(Revolutionizing Prosthetics，RP）项目参与了高度灵巧的机器人肢体研发工作，这些机器人肢体可以模仿一切人的肢体动作。”应用物理实验室探测研究与发展部门首席工程师迈克尔•麦克洛克林（Michael McLoughlin）说，“‘完美义肢’项目中的义肢研发工作完成后，我们开始思考还有什么领域有可能利用这些技术。排爆机器人显然是一个可以应用这一技术的项目，因为我们曾经参与了很多义肢解决方案的制定，这些士兵都是被简易爆炸装置所炸伤的。”所以应用物理实验室的研究人员参与了美国海军的“先进排爆机器人系统”（Advanced EOD Robotic System，AEODRS）计划并设计制造了机器人“莎莉”，这是一个模仿人形的躯干配备了“完美义肢”项目生产的义肢，旨在验证高度灵巧义肢的排爆机器人。

　　“完美义肢”项目设计的义肢旨在由截肢人员或者脊髓损伤人员单靠思想来操控。对于爆炸物处理人员来说，应用物理实验室制定了一种遥控操作方案，通过配备了传感器的手套确保机器人“莎莉”的手臂能够模仿操作人员的抓取动作。

　　“我们还利用了称之为半自动控制的计算机视觉系统，以帮助减轻操作人员的负担，”麦克洛克林解释说，“如果机器人想要抓取一个物体，它可以首先识别这个物体，然后机械臂调动其自身的内部能力和嵌入式传感器，最后紧紧抓住目标物，同时保持合适的压力不使其滑落。”

　　传统的爆炸物处理机器人只有一个自由度（一个关节），并且仅配备了一个可以打开、关闭和旋转的简单钳形装置，而机器人“莎莉”有五个手指，并且可以独立地进行控制。其腕部具有三个自由度（三个关节），所以它不但能够转动，而且还可以弯曲以及延伸手腕的偏移，使其看起来更像人类的手腕，其能力远远超过目前已经部署的所有排爆机器人平台。

　　应用物理实验室将继续致力于“先进排爆机器人系统”项目，基于“完美义肢”项目设计的义肢，集成更先进的机械手到一个更小的非人形平台。

　　“对于排爆系统，通常你希望其更坚固，能抓取更重的重量，但是机械臂的灵敏度同样重要，”麦克洛克林说，“我想今后你会看到与机器人“莎莉”具有相同的功能，但外形不同的机器人，因为它更适应军事环境。”