□李會(huì)超

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)器人被設(shè)計(jì)和制造出來(lái)，進(jìn)入人類生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。探索和利用太空的過(guò)程中，空間機(jī)器人同樣發(fā)揮了它們的作用，代替或協(xié)助人類在太空中進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)、出艙操作、空間探測(cè)等活動(dòng)。

最像宇航員的機(jī)器人：Robonaut 2

為了完成國(guó)際空間站的維護(hù)工作，宇航員們經(jīng)常要進(jìn)行出艙行走。在此過(guò)程中，他們需要穿著笨重的艙外宇航服，離開(kāi)太空艙的保護(hù)，直接暴露在惡劣的太空環(huán)境中。為了盡量減小這種風(fēng)險(xiǎn)，美國(guó)航天局開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了名為“Robonaut 2”（簡(jiǎn)稱R2）的機(jī)器人，以期在未來(lái)能夠替代宇航員完成這些工作。

R2的外觀與人類宇航員十分接近，其頭部和手臂連接在軀干上。而軀干既可以與能在微重力環(huán)境下工作的機(jī)械腿組合，完成國(guó)際空間站上的任務(wù)，又能與輪式底盤(pán)相結(jié)合，變成像火星車(chē)那樣在行星表面移動(dòng)的機(jī)器人，在行星的探測(cè)與航天基地建設(shè)中承擔(dān)工作。

R2的“眼睛”是頭部的4個(gè)視覺(jué)攝像頭，每?jī)蓚€(gè)攝像頭能夠組成一個(gè)視覺(jué)信息單元，其中一個(gè)單元工作、一個(gè)單元備用。R2“嘴部”周?chē)€部署了15個(gè)紅外攝像機(jī)，能夠接收到人眼所不能感知的紅外信號(hào)，從而幫助它更準(zhǔn)確感知周?chē)那闆r。

R2的手臂上安裝了兩只具備多達(dá)12個(gè)自由度的靈巧機(jī)械手，手臂本身還具有7個(gè)自由度，能夠完成對(duì)于機(jī)器來(lái)說(shuō)相對(duì)復(fù)雜的動(dòng)作。R2每根手指能夠施加的最大抓握力約為22牛頓，手臂的最快移動(dòng)速度為2米/秒，遍布全身的350個(gè)傳感器能夠提供類似于人的觸覺(jué)的信息，不但能夠幫助R2有效地完成工作，還能確保其安全性，使其不會(huì)因?yàn)橛昧^(guò)猛而損壞設(shè)備或傷害人類。

R2的“大腦”是38個(gè)Power PC型處理器。為了應(yīng)付太空中可能讓芯片“死機(jī)”的高能粒子，這些芯片相對(duì)于地球上使用的同類產(chǎn)品，采取了特別的防護(hù)措施。

2011年2月24日，R2乘坐“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)到達(dá)國(guó)際空間站。在國(guó)際空間站駐留期間，作為初步的試驗(yàn)，R2進(jìn)行的僅僅是在太空艙里面打掃過(guò)濾器、清除塵土這些簡(jiǎn)單的工作，并在2018年圓滿完成了任務(wù)，被運(yùn)回地球進(jìn)行檢修和升級(jí)。不過(guò)在未來(lái)，它還將重返國(guó)際空間站，最終完成艙外行走等任務(wù)，并有可能成為宇航員們的太空醫(yī)生，在地面醫(yī)護(hù)人員的操作之下為宇航員們提供專業(yè)的醫(yī)療服務(wù)。

飛船對(duì)接好幫手：加拿大機(jī)械臂

國(guó)際空間站上的機(jī)械臂雖然不具備與人接近的外觀，但由于其能在操作人員控制下協(xié)助航天員完成各類任務(wù)，因此它們一般也被劃入了空間機(jī)器人的范疇。

在國(guó)際空間站上，最為人所知的機(jī)械臂當(dāng)屬由加拿大設(shè)計(jì)制造的第二代“加拿大臂”（Canadarm 2）。

加拿大臂的長(zhǎng)度為17.6米，能移動(dòng)物體的最大質(zhì)量可達(dá)116噸，足以滿足移動(dòng)航天飛機(jī)與空間站對(duì)接的要求。加拿大臂能夠利用國(guó)際空間站的骨架——綜合桁架結(jié)構(gòu)在國(guó)際空間站上移動(dòng)，從而能夠被部署到空間站的不同位置，在空間站建設(shè)和維護(hù)的過(guò)程中充當(dāng)太空吊車(chē)，將空間站艙段、維護(hù)所需的各種設(shè)備和物料移動(dòng)到合適的位置。宇航員也可以將自己連接在加拿大臂末端，借助加拿大臂在空間站外圍便捷地移動(dòng)到需要的工作位置。為了完成這種工作，加拿大臂上還設(shè)置了供宇航員存放工具和連接安全繩的裝置。

航天員的好伙伴：小型艙內(nèi)機(jī)器人

2018年，一臺(tái)名叫CIMON的人工智能機(jī)器人助理被部署到了國(guó)際空間站上，開(kāi)始陪伴宇航員的工作。

CIMON由空中客車(chē)公司、德國(guó)航空航天中心（DLR）和IBM公司等企業(yè)與機(jī)構(gòu)合作研發(fā)。由于太空中的失重環(huán)境，有著渾圓外觀的CIMON可以漂浮在空間站的座艙中，因此也被戲稱為“漂浮的大腦”。

CIMON與宇航員的交流是通過(guò)天地聯(lián)動(dòng)的方式進(jìn)行的。當(dāng)宇航員和CIMON交談時(shí)，CIMON將宇航員的語(yǔ)音信息識(shí)別為文字信息，利用國(guó)際空間站與地面的通信鏈路將文字信息下傳到IBM的云計(jì)算系統(tǒng)中。AI將對(duì)宇航員話語(yǔ)的含義進(jìn)行分析，判斷宇航員的意圖，并生成CIMON對(duì)宇航員的回應(yīng)內(nèi)容，傳回國(guó)際空間站。

在收到地面處理過(guò)的信息后，CIMON通過(guò)自己的屏幕和揚(yáng)聲器向宇航員做出語(yǔ)音、圖像表情和內(nèi)容的回應(yīng)。在工作中，CIMON可以根據(jù)指令在屏幕上顯示宇航員工作的待辦日程、各項(xiàng)工作的執(zhí)行步驟，還可以幫宇航員在資料庫(kù)中找出工作所需的手冊(cè)。此外，宇航員們還可以和CIMON閑聊，來(lái)緩解太空生活中的孤獨(dú)。

太空蜜蜂

和CIMON一樣，即將奔赴國(guó)際空間站的太空蜜蜂也是一種個(gè)頭不大的宇航員艙內(nèi)助手。它的外形是一個(gè)邊長(zhǎng)約32厘米的立方體，重約10千克。太空蜜蜂能夠通過(guò)自身的小型旋翼在空間站艙內(nèi)自主移動(dòng)飛行，代替宇航員進(jìn)行一些簡(jiǎn)單重復(fù)的工作。例如，它能夠通過(guò)掃描RFID標(biāo)簽，盤(pán)點(diǎn)跟蹤空間站上數(shù)以千計(jì)的工具和零部件；它還能夠替代宇航員在空間站的各個(gè)艙段中進(jìn)行巡視，監(jiān)視不同位置的溫度、氣體成分等環(huán)境參數(shù)，保證空間站的正常運(yùn)行。

對(duì)于地面控制人員來(lái)說(shuō)，太空蜜蜂也是他們?cè)谔罩械牧硪浑p眼睛。他們只需坐在地面的控制室中，就能操控太空蜜蜂到達(dá)他們想要檢視的位置，通過(guò)太空蜜蜂傳回的視頻數(shù)據(jù)掌握空間站上的運(yùn)行情況，監(jiān)控科學(xué)試驗(yàn)的進(jìn)行。

以往，試驗(yàn)新的航天技術(shù)往往要發(fā)射一顆專門(mén)的試驗(yàn)衛(wèi)星，成本相當(dāng)高昂，試驗(yàn)周期也比較長(zhǎng)。而太空蜜蜂則能為各類新技術(shù)提供低風(fēng)險(xiǎn)、低成本的前期試驗(yàn)平臺(tái)。研究人員只需將相應(yīng)技術(shù)的試驗(yàn)裝置安裝到太空蜜蜂上，就能獲得在近地軌道上的真實(shí)試驗(yàn)環(huán)境。一旦試驗(yàn)中出現(xiàn)未曾預(yù)想的問(wèn)題，宇航員可以立即親自動(dòng)手幫忙解決。