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莫斯科不相信眼泪

 
 
 

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机器人技术及其军事应用  

2007-04-20 10:21:01|  分类: 装备科技E |  标签: |举报 |字号 订阅

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军用机器人应该是什么样子的?面对这样的问题,你脑海中最先浮现的画面是什么?是星球大战中身形笨拙却善解人意的R2-D2,还是机械战警里那个身手不凡的机器警察?事实上,人类今天制造出的机器人距离我们的想象和电影中的形象相去甚远。2005年,美军开始在伊拉克战场使用名为“剑”的武装机器人,它配备有机枪、突击步枪与火箭弹发射28,能够连续向敌方发射数百发枪弹及火箭弹,是美军历史上第一批与敌人面对面实战的机器人。但是看到“剑”的照片,你能把它和“机器未来战士”的眩目概念联系起来吗?为什么我们想象中的机器人和现实差距如此之大?机器人真正用于军事,究竟还存在着哪些技术难点?就机器人技术及其军事应用的相关问题,本刊记者采访了北京航空航天大学ITM实验室的王田苗教授、裴葆青博士和梁建宏博士,他们分别发表了自己的看法。

美国陆军的未来作战系统中也包括无人地面车辆。请问,美国陆军对机器人的应用达到了什么水平?机器人士兵有可能在战斗中完全替代人类士兵吗?

裴博士:美国对机器人的军事应用,第一阶段始于2000年2月。美国国防高级研究计划局(DARPA)提出了“未来战斗系统”的概念,要求“未来美军”更容易部署、更敏捷、适应能力更强、火力更猛、生存能力更高、持续作战能力更强。第一阶段到2003年5月基本结束,五角大楼随即拨出近150亿美元启动第二阶段。现在,第二阶段还远未结束,但军方已急不可耐地部分进入第三阶段。五角大楼宣布,“未来战斗系统”的一些武器已经开始批量生产,第一个“轻型旅”将于2008年出现。此后美军将用10年左右时间组建15个装备全套“未来战斗系统”的旅。

第一代小型、笨拙、遥控(而不是自主控制)的UGV在战场上表现出色。“魔爪”(Talon)履带机器人,2000年就在波黑首次得到了应用。目前,有上

百个Talon和更小一些的,“背包机器人”(PackBot)正在伊拉克和阿富汗工作。这两种机器人都装备了摄像头和机械手臂,能够处理路边炸弹和其他诱杀装置。美国陆军已经实验了Talon的一种变型机,它能够装备包括M16步枪和中型机枪在内的4种武器中的任意一种,不过目前还没有用于实战。美国军方要求,第一代机器人士兵应当在10年内能够在地面和空中进行战斗,军方对这个目标的实现比较乐观。

我们通常把机器人分为三代:第一代的机器人是“遥控操作器”,第二代机器人是按事先编好的程序,自动重复完成某种操作,第三代机器人是智能机器人,它能利用各种传感器获取环境信息,然后利用智能技术进行识别、理解、推理并最后做出规划决策,是一种能通过自主行动实现预定目标的高级机器人。但是如果要说代替人、有完全的自主行动能力,我们认为是不太可能的。虽然人的手臂没有机械臂那样有力、人脑的运算速度没有计算机那样快、人的躯体不像机器人那样能经受恶劣环境,但是从整体上看,人的能力还是高于任何自动化装置和机器人的。正如刚才所说,机器人只适合在“结构化环境”下根据程序规划完成一些局部任务,在结构、环境、突发事件处理等方面绝对无法像人一样随机应变。

记者:有观点认为机器人只有通过机械腿步行才能更好地适应各种作战环境、到达更多的地点,对这种观点你们怎么看?什么是未来作战机器人最理想的行走方式?

梁博士:有腿的机器人能够从容穿越树丛和陡峭地形之类轮式和履带式机器人难以征服的区域,研制出外观和功能与人一样的有腿机器人是科学家们梦寐以求的愿望。但是,有腿机器人在技术上的挑战是巨大的,因为它必须掌握保持平衡、穿越断裂地形这样一些基本的运动技巧。之所以说有腿机器人比较好,主要是因为在非结构化地形上,腿能给机器人带来更大的灵活性。我个人认为,从科学研究的角度看有腿机器人的价值是很大的,因为它可以派生出很多新的原理和技术,但是从应用角度来说,我不认为使用机械腿的机器人能替代轮式和履带式机器人。在很多应用领域,“机器”所能达到的运动能力已经远远超过人或其他生物,如飞行器的飞行速度、赛车的行驶速度都远远超过生物的运动能力。轮式和履带式机器人在很多环境下具有明显的优势,如轮式机器人可以高速行驶,履带式机器人可以征服沼泽、松软沙地等特殊地面,这些都是腿无法胜任的。所以,不同载体的行走方式有不同的特点、适用于不同的环境,没有哪种方式是最理想的。

记者:仿生学研究对机器人发展有哪些影响?ITM实验室的研究工作中有哪些属于国防基础科研项目?

王教授:仿生学研究对机器人(包括军用机器人)技术有很大的促进作用。武器装备要想实现可持续发展,原动力应该来自于科学研究,而机器人发展的科学原动力就是仿生。仿生技术对机器人的材料、机构、驱动各个方面都有带动作用,可以说,生物技术是未来帆器人发展的重要推动力之一。

我们北航ITM实验室在微小型机器人领域有几个国防基础科研重大项目,比如“微小型仿生系统技术研究与实验捡证”。现在对水下仿生系统的推进原哩已经搞得非常清楚了,我们的愿望就是研制的“机器鱼”能够比螺旋桨推动的潜航器更有效率、航程更远。在地面机器人项目方面,主要是研究用于侦察、反恐及危险作业的小型机器人,空中方面就是小型的无人飞行器。与国外同类产品对比,美国人做到的我们不久也都能做到。

记者:不知您是否注意到美国DARPA举办的机器人越野大赛。这项比赛有众多高校及公司参加,要求无人地面车辆能自主行驶200千米。我国是否也有类似的比赛,水平如何?

梁博士:这项赛事已经举办了两届。第一届时,由于传感器、动力等问题,机器人在自主行走方面问题不少,现在的控制精度已经达到10米以内,更能适应复杂的情况。所以在2005年的比赛中,大部分机器人都达到了自主行驶200千米的目标。

我国也举办过一些机器人比赛,但比赛难度和机器人的水平要低很多。我们做出的机器人有很多关键技术、有些核心器件还是落后。比如我国举办的空中机器人比赛,我们学校参加过两次,拿到了冠军,控制水平已经很高了,但机器人的核心器件是进口的,这是个很严重的问题。

记者:军用机器人太贵了,如何能把它的成本降低到可以承受的程度?

裴博士:一种高科技产品在研制阶段的费用都会比较高,产品成熟后进入批量生产,成本会下降很多。至于能不能承受是一个相对的概念,与观念和经济实力都有关系。以美国为例,美军“未来战斗系统”的研究经费预计为250亿美元,每装备一个旅要花费60~80亿美元,总计1450亿美元左右。这远远超出了原来预计的920亿美元。美国陆军全部装备“未来战斗系统”,将耗资13000亿美元。虽然机器人造价昂贵,但可以避免因人员伤亡而造成的恐慌和巨大压力,如果把美军土兵的工资、培训费用、退休金、福利以及伤亡补贴算到一起的话,机器人士兵也比使用合同役士兵更实惠。从美国国防部的角度看,用武装机器人替代士兵服役打仗,实现军队的机器人化,是少花钱、低风险、高效率实施未来战争的理想选择。

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