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机器人将成未来探索太空的先驱

发布时间:2020-04-02 10:57:05

一位技术人员用他的手,平稳地从一颗人造卫星上卸下了一块损坏的太阳能电池,并将新电池安装在原来的位置上,连接上电线,最后把电池固定住。此时,这位技术员并没有漂浮在太空中,而是坐在德国航空航天中心(简称DLR,坐落于慕尼黑附近)的控制中心里。他头上戴着面罩,手上戴着数字化手套。真正执行实际工作的是一个,这个机器人的双手可以非常精确地模拟技术员的动作。

技术员所配戴的面罩,实际上是一个安装在头部的显示器,他的头部动作由一个特殊的设备追踪记录,并传递给机器人。这个机器人的头部动作会和地面技术员同步。借助于安装在眼部的两台摄像机,机器人可以不断拍摄影像,传回地面,最终在技术员面前的微型显示器上显示出来。这样,地面技术员就获得了和机器人一样的视觉印象,就好像真的漂浮在太空中一样。

这里用到的技术叫做 远距临场 (telepresence),也是远程最直接的一种形式。利用这种技术,科学家可以通过远程操作,让机器人前往人类难以接近的区域或偏僻地区作业,而操控机器人的科学家也有身临其境之感。这种技术的优点是显而易见的。有了人造手臂及手腕,太空作业就变得更加经济。即使机器人在大气层中烧毁,也只有经济上的损失。相比之下,如果由人类来完成太空作业,则需要把人送到太空,维持他在太空中的生存,最后还要保证,他可以安全返回地面,所有这些开销将远远超过机器人作业。

不过,如果 远距临场 技术要更加高效,不仅得让地面的技术人员看到作业场地中的零件,还得通过触觉反馈,感受到这个零件的存在:为了能够让技术人员把零件放到正确的位置上,必须要让他在地面上就可以感受,并克服来自遥远某处的机械阻力,让他感觉零件好像真的在手里一样。这种反馈机制被认为是机电一体化(mechatronics)领域里有待解决的难题之一。机电一体化是一种全新的机制,可通过机械制造技术(包括摄像及显示技术)、电子技术、信息技术及软件开发技术,创造出 智能机械 。

未来,可能会出现很多复杂的机电一体化系统,例如汽车,它可以利用自身携带的及动力设备,主动避免行车事故;还有无人驾驶的飞行系统,它可以实现自行起飞、着陆,主动避免和其他飞行器相撞;机器人还会在人类征服太空的过程中、在工厂的生产过程中、在监护和陪伴人类的过程中,以及在精确的外科手术中得到越来越广泛的使用。目前,德国航空航天中心的机器人技术及机电一体化中心(RMC)正在对这些技术进行研究。

      
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