朱宇倫

美國海軍研制的一款名為SAFFiR的艦載自主性消防機(jī)器人。

逆火而行，在關(guān)于此次天津濱海新區(qū)爆炸事件的報道中，這恐怕是被運(yùn)用得最多的一個詞語——逆著人流，向火場最深處前行，罔顧生死。

現(xiàn)實是殘酷的，盡管看似裝備精良，“救火隊員”們在此次事故中，傷亡慘重。悲嘆、唏噓之余，我們更加認(rèn)清了防患于未然的重要性，另一方面，我們也將目光投向了——機(jī)器人救災(zāi)這一陌生的領(lǐng)域。

假如進(jìn)去的不是消防員

盡管有著重重裝備的保護(hù)，人類的生命在數(shù)噸乃至數(shù)十噸TNT當(dāng)量級的爆炸面前，依舊是脆弱的。于是，我們不禁設(shè)想，假如，在“8·12”爆炸發(fā)生的第一時間，進(jìn)入火場的是消防機(jī)器人，而非血肉之軀的消防隊員，至少他們的命運(yùn)肯定會有所不同。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種大型石油化工企業(yè)、隧道、地鐵等不斷增多，相應(yīng)地，油品燃?xì)?、毒氣泄漏爆炸、隧道、地鐵坍塌等災(zāi)害隱患也就不斷增加。這些災(zāi)害的特點恰恰在于突發(fā)性強(qiáng)、處置過程復(fù)雜、危害巨大、防治困難。而一旦此類災(zāi)害事故發(fā)生，消防員在面對高溫、黑暗、劇毒和濃煙等各類極度危險的環(huán)境時，若沒有配備相應(yīng)的設(shè)備便貿(mào)然沖進(jìn)現(xiàn)場，不僅難以完成任務(wù)，人員傷亡的幾率亦會大大增加。

在如此背景之下，作為特種機(jī)器人中的一類，消防機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，在滅火和搶險救援中發(fā)揮著越發(fā)重要的作用。消防機(jī)器人能代替消防救援人員進(jìn)入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災(zāi)害事故現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、反饋，有效地解決消防人員在上述場所面臨的人身安全、數(shù)據(jù)信息采集不足等問題。

或許對于國內(nèi)而言，將機(jī)器人投入于消防，是一個十分陌生的領(lǐng)域，但在國際上，這一領(lǐng)域早已褪去了神秘的面紗。世界上最早展開消防機(jī)器人研究的國家是美國和蘇聯(lián)，隨后，英國、德國、法國、日本等發(fā)達(dá)國家也紛紛加入了研究消防機(jī)器人的行列。

查探內(nèi)部情況、清理災(zāi)難現(xiàn)場、救助被困人群，如此種種，在更為廣義的概念上，我們可以將消防機(jī)器人推廣到救災(zāi)機(jī)器人這一概念之上。經(jīng)過數(shù)十年的努力，機(jī)器人的研究取得了長足的發(fā)展，各國取得的成就也自然頗為豐碩。

以美國為例，早在1994年，美國就已研制出能依靠感覺信息控制的救災(zāi)智能化機(jī)器人，如用于探測阿拉斯加州斯珀活火山的“但丁2號”，抓獲殺人犯的RNl-9型遙控消防機(jī)器人等。

就在今年，美國海軍宣布研究出了一款名為SAFFiR的艦載自主性消防機(jī)器人，并于今年2月在華盛頓舉行的美軍未來部隊科技博覽會上予以展出。SAFFiR是一臺人形機(jī)器人，身高5英尺10英寸（約1.77米），重量為143磅（約65公斤）。該項目由美國海軍研究署（ONR）贊助，美國海軍研究署（NRL）負(fù)責(zé)整個項目的研制工作，弗吉尼亞理工大學(xué)的研究者們則負(fù)責(zé)了具體的開發(fā)工作。此前，這一研究項目已經(jīng)持續(xù)了整整5年。

SAFFiR獨(dú)特的機(jī)制設(shè)計和裝備使其能夠在整個艙船上自主移動，處理人類難以承擔(dān)的危險消防任務(wù)。NRL為該機(jī)器人設(shè)計了增強(qiáng)的多模態(tài)傳感器技術(shù)和傳感器套件，包括一個攝像頭和一個氣體傳感器，使紅外攝像機(jī)能夠透過煙霧看到事物，這就克服了火場中視線不清的狀況。動力方面，SAFFiR由電池供電，足夠維持30分鐘的能量。相比于早先依靠履帶或輪子行走的機(jī)器人，SAFFiR的一大突破在于行走方式和靈活程度，鈦合金彈簧模擬的人類關(guān)節(jié)提供了足夠的靈活程度，弗吉尼亞理工大學(xué)開發(fā)的兩足仿人機(jī)器人技術(shù)則使機(jī)器人能夠在各個方向行走乃至奔跑，甚至可以在樓梯上爬來爬去，克服顛簸不平的環(huán)境執(zhí)行消防任務(wù)對它來說并不是什么難事。

SAFFiR的另一大突破則在于與人類的交互能力，SAFFiR有一個界面，不但讓它能夠理解人類的手勢，而且可以做出回應(yīng)，它甚至還可以理解人類的自然口語。在2014年11月的最新的一次試驗中，SAFFiR登上了美國海軍退役的“沙德維爾”號試驗艦，通過熱成像識別設(shè)備控制身上攜帶的軟管，成功完成了消防試驗。

2013年被谷歌收購的美國機(jī)器人公司Boston Dynamics在救災(zāi)機(jī)器人研制方面，也有幾款稱得上是“神來之筆”的作品。

Boston Dynamics官網(wǎng)上出現(xiàn)的機(jī)器大狗Big Dog就是其中之一，可千萬別認(rèn)為這個看起來有些可笑的機(jī)器人是來賣萌的。由汽油機(jī)驅(qū)動的液壓系統(tǒng)能夠帶動其有關(guān)節(jié)的四肢運(yùn)動。陀螺儀和其他傳感器幫助機(jī)載計算機(jī)規(guī)劃每一步的運(yùn)動。機(jī)器通過四條腿來保持身體的平衡，每條腿有三個靠傳動裝置提供動力的關(guān)節(jié)，并有一個“彈性”關(guān)節(jié)。這些關(guān)節(jié)由一個機(jī)載計算機(jī)處理器控制。如果有一條腿比預(yù)期更早地碰到了地面，計算機(jī)就會認(rèn)為它可能踩到了巖石或是山坡，然后就會相應(yīng)地調(diào)節(jié)自己的步伐。

精巧的設(shè)計使得機(jī)器大狗能背負(fù)重物在地形復(fù)雜的環(huán)境行走、奔跑、攀登。它3英尺長、2.5英尺高，重240磅，有四肢，看起來和狗無異，奔跑速度達(dá)到4英里每小時，能爬上35度的坡，背負(fù)340磅的重物。它甚至能在冰上行走并保持平衡，或者被推而不倒。應(yīng)用于救災(zāi)現(xiàn)場，改裝后的機(jī)器大狗可以查探現(xiàn)場情況，完成物資乃至傷員的運(yùn)送。

可以大范圍快速運(yùn)動的Little Dog（小狗）以及Rise爬墻機(jī)器人在實際應(yīng)用中也是大有可為。

提到救災(zāi)機(jī)器人，我們就不得不提到日本這個國度——頻繁的地震和火山噴發(fā)，讓這個島國具備了極其強(qiáng)大的抗災(zāi)能力，在救災(zāi)機(jī)器人的研制方面，日本也可謂是首屈一指。

早在80年代，日本就已研制出了不少于5種型號的自動行駛滅火機(jī)器人，分別配備于大阪、東京、高石、太田、蒲田等消防部門，這類機(jī)器人以內(nèi)燃機(jī)或電動機(jī)作為動力，配置驅(qū)動輪或履帶式行駛機(jī)構(gòu)，能爬坡、越障礙;裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉(zhuǎn);裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視設(shè)備;通過電纜或無線控制，控制距離最大可以達(dá)到100米甚至150米。另一類機(jī)器人為偵察、搶險機(jī)器人，除裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視器設(shè)備外，還裝有機(jī)械手，能通過遙控處理危險物品。發(fā)展到現(xiàn)在，橫濱警視廳研發(fā)的一款履帶機(jī)器人甚至可以在火場中救出110公斤以下的被困人員。

日本大阪大學(xué)著名的救災(zāi)機(jī)器人研究專家田所悟志研制出的蛇形機(jī)器人，可以深入高低不平的地震廢墟深處，其頂端帶有一部小型監(jiān)視器，配合身體部位安裝的傳感器，可以在地震后的廢墟里尋找幸存者。千葉工業(yè)大學(xué)研究的Quince機(jī)器人體積小，作用卻不小，除了開門、探路等功能，火線傳感儀和二氧化碳傳感器使其得以探測到人的呼吸與體溫狀況。

英國華威大學(xué)的學(xué)生們設(shè)計研發(fā)出的一款用于地震救援的機(jī)器人，其特殊之處在于它的主要傳感器是Kinect。相較于常用的激光雷達(dá)，Kinect更便宜，效率更高，可以傳送三維圖像資料，在地震中可以幫助救援人員定位被困人員。

總而言之，救災(zāi)機(jī)器人在世界范圍內(nèi)尤其是發(fā)達(dá)國家，具有較為廣泛的應(yīng)用和相對先進(jìn)的技術(shù)。

展望未來

DARPA Robotics Challenge，簡稱DRC，由美國國防部高等研究計劃署名（DARPA）舉辦，舉辦時間不長，實力卻很強(qiáng)勁，參賽的隊伍無一不是世界頂尖的機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊。比如大名鼎鼎的喬納森·霍斯特，他的團(tuán)隊來自著名的俄勒岡州立大學(xué)，代表作是“踹不倒的雙足怪”。

他對今年的DRC決賽給予了充分肯定：“規(guī)模之大，史無前例，難怪有人稱其為機(jī)器人界的伍德斯托克嘉年華（目前世界上最大規(guī)模的系列搖滾音樂節(jié)）?！?/p>

DRC的終極目標(biāo)在于開發(fā)出能幫助人類面對自然和人為災(zāi)難的機(jī)器人，具體而言，就是提升機(jī)器人的自主能力、進(jìn)入危險地帶或極端環(huán)境營救人類，助力災(zāi)后重建與搜救行動。

比賽規(guī)則規(guī)定機(jī)器人必須由自身提供電力，無外部機(jī)械支撐，并且與團(tuán)隊的通訊有數(shù)量限制。在兩天的時間內(nèi)，每個機(jī)器人都有兩次機(jī)會去完成一個有八項任務(wù)的障礙賽，包括：駕駛、穿過一扇門、打開閥門、在墻上打孔、處理垃圾，和上下樓梯，還有使用安全繩，跨越障礙，使用普通工具等等。

規(guī)則很變態(tài)，獎勵自然也很豐厚，頭獎200萬美元，二等獎100萬美元。

今年的獲獎?wù)呤荄RC-HUBO，其設(shè)計者來自一個聯(lián)合小組，包括拉斯維加斯內(nèi)華達(dá)州大學(xué)和韓國“KAIST”的研究人員。DRC-HUBO機(jī)器人調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的精準(zhǔn)度是它的優(yōu)勢，所以稍微比競爭對手動作更快一些，以44分鐘28秒的用時完成闖關(guān)，獲得了最高分8分。“KAIST”團(tuán)隊因而贏得了200萬美元的大獎。

從DRC這一世界頂級的機(jī)器人設(shè)計大賽，我們便得以窺見當(dāng)前救災(zāi)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r。

就目前來說，救災(zāi)機(jī)器人的發(fā)展，頗有前景。救災(zāi)之外，機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)可以擴(kuò)展到生活的方方面面。因而，各國政府對于這一領(lǐng)域的投入也可謂是不惜成本，重視程度很高。

但是正如HUBO設(shè)計團(tuán)隊的一員保羅所說，“它的個頭和力氣都和一個10歲小男孩相仿，”——“但是，你不會讓一個10歲小孩去災(zāi)難現(xiàn)場的，你要的是20多歲的消防員漢子?！?/p>

在機(jī)器人的救災(zāi)能力、續(xù)航能力和智能化道路上，還有很長的一段路要走。

以SAFFiR為例，其電池續(xù)航能力僅僅為30分鐘，這也就限制了其深入災(zāi)情現(xiàn)場的能力，限制了其搜救范圍，此外在高溫的火場中，機(jī)器人內(nèi)部的各種精密部件能否保證不受影響，又或者說在部分受損的情況下能否繼續(xù)完成搜救，也是一大問題。

據(jù)美國海軍研究實驗室宣布，他們的目標(biāo)是實現(xiàn)人類和機(jī)器人“像一個團(tuán)隊一樣協(xié)同作戰(zhàn)”。另一款正在開發(fā)中的美國軍用機(jī)器人Alpha Dog，其團(tuán)隊也有類似的研發(fā)概念。Alpha Dog這種四足機(jī)器人將被安裝視覺傳感器和一個界面，并將擁有更優(yōu)越的“聽覺功能”，可按照士兵“停”、“坐下”和“過來”等指令做出相應(yīng)動作，能夠和士兵們“像訓(xùn)練有素的動物和訓(xùn)練者之間很自然地交流”。

國產(chǎn)消防機(jī)器人。

這就涉及到一個智能化的概念，也就是如何讓機(jī)器人能夠像一個人類消防員一樣去判斷、處理災(zāi)情狀況，而不是單純地人為操縱——某種程度上，這會降低搜救效率。

智能化需要發(fā)展，但是其發(fā)展的程度，是我們需要控制的。

美國科幻作家艾薩克·阿西莫夫在1942年發(fā)表的作品《Runaround》中曾明確提出了機(jī)器人發(fā)展的三大定律：

第一定律：機(jī)器人不得傷害人，或任人受到傷害而無所作為;

第二定律：機(jī)器人應(yīng)服從人的一切命令，但命令與第一定律相抵觸時例外;

第三定律：機(jī)器人必須保護(hù)自己的存在，但不得與第一、第二定律相抵觸。

這無疑是人類對于高級機(jī)器智能發(fā)展速度的一種擔(dān)憂，人類進(jìn)化的速度顯然比不上如今電腦智能的運(yùn)算速度，高速的運(yùn)算能力給機(jī)器智能帶來了更多的可能性，我們需要利用這種可能性，卻也要提防這種可能性。

無論是《終結(jié)者》系列中的天網(wǎng)，抑或是《機(jī)器紀(jì)元》中的機(jī)器人，無一例外地都發(fā)展出了超越人類控制的人工智能，那些可能進(jìn)化出惡意的機(jī)器人，或許會在未來的某天，將我們?nèi)祟惐频揭粋€絕境，只是不知那時，會否有施瓦辛格一樣的善良機(jī)器人，回到過去，改變歷史？

這或許只是一句虛無縹緲的擔(dān)憂，但是，如何利用好機(jī)器人的人工智能，是我們務(wù)必要思索的一大問題。

而在當(dāng)下，只能機(jī)器人高昂的成本和維護(hù)費(fèi)用，也成為了制衡其發(fā)展的一大要素。

2015年DARPA機(jī)器人挑戰(zhàn)賽的評委阿爾提普拉·巴卡爾這樣說：“比賽希望能甄選出可在福島核電站這種人類無法接近的危害發(fā)生地?fù)?dān)負(fù)現(xiàn)場急救任務(wù)的機(jī)器人。雖然就現(xiàn)在看來，全球各個機(jī)器人團(tuán)隊的研發(fā)還停留在模擬階段。”任重而道遠(yuǎn)，這是目前對于這一領(lǐng)域的最好詮釋，所幸我們可以看到機(jī)器人研究的蓬勃發(fā)展趨勢。

視線回到國內(nèi)，國內(nèi)對于這一領(lǐng)域的研究還處于相對稚嫩的階段，但也有上海交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等高等學(xué)府取得了不少建樹，隨著研究方向逐步與國際接軌和資金投入力度的加大，相信在不久的未來，我們會看到越來越多的救災(zāi)機(jī)器人出現(xiàn)在國內(nèi)救災(zāi)的第一線。

早些時候，2012年，弗吉尼亞理工學(xué)院曾為美國海軍設(shè)計了一款CHARLI-2消防機(jī)器人。這種機(jī)器人可以跳當(dāng)時流行的“江南Style”舞蹈，一舉在YouTube上走紅。而隨著機(jī)器人科技的發(fā)展，不僅僅是救災(zāi)，生活、工作、娛樂……機(jī)器人終將進(jìn)入人類社會的方方面面。

合理加以利用，人類的生活終將愈加豐富多彩。