席金合

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，形形色色的機(jī)器人，以各自的專業(yè)優(yōu)長(zhǎng)，成為某一方面的行家里手，在眾多領(lǐng)域?yàn)槿祟惙?wù)。特別是人們根據(jù)特定需要，仿照動(dòng)物打造出肢體發(fā)達(dá)、身手不凡的機(jī)器人，具備運(yùn)動(dòng)員的特殊技能，可在賽場(chǎng)上一較高低。2022年北京冬奧會(huì)即將舉行，如果組委會(huì)允許的話，下面這些特殊“選手”進(jìn)場(chǎng)獻(xiàn)技，一定能增添“人”氣。

獵豹機(jī)器人——短跑

美國(guó)麻省理工學(xué)院研制的機(jī)器人“迷你獵豹”，動(dòng)作十分敏捷，在快速奔跑中，如果遇到石塊、樹樁等障礙物，能縱身一躍而過(guò)——它完全可作為400米跨欄選手，參加田徑比賽。研制者期望，它將來(lái)可成為戰(zhàn)場(chǎng)上能夠逃避敵人追捕的猛士。

擅長(zhǎng)奔跑的動(dòng)物，其身體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)能是科學(xué)家設(shè)計(jì)“迷你獵豹”的靈感源泉。的確，“迷你獵豹”的腿關(guān)節(jié)靈活，脊椎和頸部能活動(dòng)，奔跑中能沖刺、轉(zhuǎn)彎，并能緊急收住腳步停下來(lái)。它的各處關(guān)節(jié)裝有緩沖彈簧，可減輕沖擊和震動(dòng)，防止肢體損壞;它的四條腿用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)交替換步。它還能一躍而起，在空中實(shí)現(xiàn)360度向后翻滾或側(cè)向翻滾，落地時(shí)四腿可平穩(wěn)支撐。

動(dòng)物是怎樣行進(jìn)的？由腳底蹬地的角度和力量決定。力量越大，走得越快，但身體不穩(wěn);力量越小，行走越慢，身體就越穩(wěn)。據(jù)此，“迷你獵豹”可根據(jù)不同地形，通過(guò)儲(chǔ)存在“大腦”里的運(yùn)動(dòng)指令，自主控制腳部力量，確保速度適中和身體平衡，最高以16千米/小時(shí)的速度前進(jìn)。

也許有人會(huì)說(shuō)，比起自然界的獵豹奔跑時(shí)122千米的時(shí)速，這也太慢了吧？而美國(guó)波士頓公司研制的“獵豹”機(jī)器人，行進(jìn)時(shí)速達(dá)29千米，從而打破了有腿機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度最高紀(jì)錄，成為跑得最快的四腿機(jī)器人。顯然，相比短跑運(yùn)動(dòng)員，還差得很遠(yuǎn)。不過(guò)，這已經(jīng)很不錯(cuò)了，讓四肢僵硬的鐵家伙，像動(dòng)物那樣奔跑，面臨的技術(shù)難關(guān)還有很多，有待科學(xué)家進(jìn)一步攻克。

嬰猴機(jī)器人——跳高

大家知道，美國(guó)著名的NBA球員威廉姆森，豎直彈跳高度達(dá)1.18米，這樣的功夫十分了得。然而，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制的名為“Salto”的跳躍機(jī)器人，身體充分伸展時(shí)，只有一根筷子長(zhǎng)，卻能豎直躍起1.2米高。這相當(dāng)于身高1.7米的人，跳到6米多高！曾經(jīng)的世界跳高冠軍朱建華，身高1.8米，打破世界紀(jì)錄的成績(jī)是3.36米，這還離不開助跑。

這款單腿機(jī)器人的本領(lǐng)不僅限于此，它還能跨越障礙物;當(dāng)它跳到墻壁上后，如同牛蛙一樣，腿用力一蹬，選擇方向彈開;所以，它有一個(gè)雅號(hào)：“地形障礙上的跳躍者”。研制者設(shè)計(jì)這種彈跳高手的靈感，源于最擅長(zhǎng)跳躍的動(dòng)物一一嬰猴。生活在非洲森林的嬰猴，是動(dòng)物王國(guó)中的垂直跳躍冠軍，它能在短短4秒內(nèi)完成5次跳躍，最高可達(dá)8.5米，而這款機(jī)器人的跳躍能力，達(dá)到了嬰猴的78%。

為了在跳躍前能夠積蓄力量，設(shè)計(jì)師給這款機(jī)器人的大腿設(shè)置了彈性變形機(jī)構(gòu)：當(dāng)它躍起的瞬間，大腿突然釋放的力量，相當(dāng)于體重的14倍，如同跳蚤一樣輕松跳起，有92%的時(shí)間都處于空中，幾乎是在飛。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)跳躍，這款機(jī)器人在半空中用“尾巴”和“觸角”上的兩個(gè)小螺旋槳控制姿態(tài)，迎接下一次落地彈跳。

這種小巧的機(jī)器人最大的能耐，是能“感知”自己所在的位置、朝向及腿的彎曲度，根據(jù)地形決定跳多高、向哪兒跳，以便躍人其他設(shè)備或人無(wú)法到達(dá)的地方，執(zhí)行特殊任務(wù)。研制者試圖通過(guò)改進(jìn)，使它能跳得更高更快，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的工作。

袋鼠機(jī)器人——跳遠(yuǎn)

袋鼠強(qiáng)健的后腿爆發(fā)力驚人，是用兩條腿跳得最遠(yuǎn)的動(dòng)物。它疾速行進(jìn)時(shí)，可向前躍出13米，如同小轎車在飛馳。如果依照袋鼠的跳躍能力制造一款機(jī)器人，跳躍技能肯定出色，可以在機(jī)器人比賽中，穩(wěn)拿跳遠(yuǎn)冠軍。

德國(guó)費(fèi)斯托自動(dòng)化公司開發(fā)的一款機(jī)器人——電子袋鼠，身高1米多，體重7千克，每次能跳0.8米遠(yuǎn)。這種仿生機(jī)器袋鼠，用電子器械裝置再現(xiàn)了袋鼠腿部運(yùn)動(dòng)原理，復(fù)制了袋鼠的彈跳功夫?？茖W(xué)家設(shè)計(jì)它的初衷，并不是為了在機(jī)器人競(jìng)技中奪魁，而是為了幫助人們理解機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的能量保存，為改進(jìn)汽車或自動(dòng)化設(shè)備提供幫助。

我們知道，包括袋鼠在內(nèi)的所有動(dòng)物，全身運(yùn)動(dòng)的力量，緣于肌肉的收縮。而電子袋鼠彈跳的動(dòng)力，既不是電機(jī)，也不是人造肌肉，而是裝在腹腔內(nèi)的高壓氣罐。它起跳時(shí)，氣罐突然釋放出高壓氣體，以強(qiáng)勁的動(dòng)力，壓縮腿部復(fù)位彈簧，并推動(dòng)腿部關(guān)節(jié)上的連桿，帶動(dòng)雙腿用力蹬地躍起。接著，隨著這股動(dòng)力氣體外排，復(fù)位彈簧伸張的同時(shí)，能帶動(dòng)雙腿收回，準(zhǔn)備下次起跳。

電子袋鼠身上的能量填充系統(tǒng)，能從上次跳躍中收集能量，轉(zhuǎn)移到下次跳躍中循環(huán)利用，從而造就了它非凡的耐力。據(jù)說(shuō)，為它腹腔內(nèi)氣罐一次性充滿氣，可連續(xù)跳躍6千米。為了跳得更快更穩(wěn)，研發(fā)人員在電子袋鼠腳掌安裝了減震彈簧，相當(dāng)于袋鼠腳上的兩根蹄筋，落地時(shí)起到緩沖作用。它身后的一根尾巴，在騰空時(shí)能調(diào)節(jié)身體平衡。

巨臂機(jī)器人——舉重

美國(guó)軍用機(jī)器人研發(fā)公司仿照大黑熊的前肢，打造出了一款巨臂機(jī)器人，堪稱智能設(shè)備中的大力士。它用一對(duì)2.2米長(zhǎng)的機(jī)械手臂一揮，能舉起近半噸重物，幾乎是世界舉重冠軍成績(jī)的2倍。如果與能吊起一輛卡車的普通起重機(jī)相比，這實(shí)在不算什么，但它畢竟是一部用鋼鐵做的機(jī)器，而且由一臺(tái)大馬力柴油機(jī)提供動(dòng)力，舉重能力超越人類，完全正常。

不過(guò)巨臂機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在智能方面。它的大臂、小臂、手腕、關(guān)節(jié)，都是按照人類同等比例設(shè)計(jì)，十分靈活，可模仿人類的動(dòng)作，干一些細(xì)致的活兒，如整理物品、清空垃圾袋、打開閘門、按下按鈕、連接管道，甚至還能在墻上釘釘子。

更加特別的是，這種機(jī)器人可通過(guò)VR系統(tǒng)來(lái)操控。VR是指虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能通過(guò)電腦等設(shè)備，把真實(shí)場(chǎng)景轉(zhuǎn)化成人能真切感受的情形，如同身臨其境一般，看得見、摸得著、聽得到。據(jù)此，操控者可通過(guò)相關(guān)工具或設(shè)備，影響或改變真實(shí)場(chǎng)景中的特定對(duì)象。

配備VR系統(tǒng)的巨臂機(jī)器人，具有力量反饋功能，當(dāng)它的機(jī)械手臂抓取物件時(shí)，操控者手上同時(shí)也有抓觸感。這樣，操控者便可根據(jù)這種感覺的強(qiáng)弱，適時(shí)控制機(jī)械手臂的力度和速度，防止因用力過(guò)大而損壞物件。但這一切不會(huì)讓人感覺到累，比如機(jī)器人舉起500千克重的物體，而操控者手上的重量?jī)H為2.5千克。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果讓機(jī)器人舉起500千克重的物體，人手的操作力量達(dá)到2.5千克就足夠了。所以，如果帶著巨臂機(jī)器人去參加舉重比賽，就能達(dá)到四兩撥千斤的效果。

魚形機(jī)器人——游泳

世界游泳健將菲爾普斯，曾經(jīng)獲得8項(xiàng)游泳金牌，他連連創(chuàng)造的一系列世界紀(jì)錄，居然被機(jī)器人刷新！

日本一家公司研發(fā)的機(jī)器人，能模仿人的游泳姿勢(shì)，輕松地進(jìn)行自由泳、蛙泳、蝶泳、仰泳，甚至是狗刨式游泳和踩水等動(dòng)作，游速遠(yuǎn)超人類。目前，這種機(jī)器人只用于測(cè)試水流阻力、水質(zhì)和溫度等，以便運(yùn)動(dòng)員安全下水。當(dāng)然，一些不講究的游泳愛好者，可以與它比試水中功夫。

另外，美國(guó)加州大學(xué)根據(jù)飛蛾的趨光性，研制出的軟體機(jī)器人，可依靠光線游泳，無(wú)須使用電池或其他電源，能擺脫線繩的束縛，在水中靈活移動(dòng)。它的動(dòng)力來(lái)源是激光。當(dāng)激光照射到身體上的某一點(diǎn)，那里的溫度隨之升高，于是體內(nèi)的水受熱膨脹而向外排出，就像火箭噴火那樣，產(chǎn)生反推力，將身體向前送出，實(shí)現(xiàn)一次游動(dòng)。而此時(shí)，身體避開激光冷卻下來(lái)，外界的水又進(jìn)人體內(nèi)。只要激光交替照射機(jī)器人，這個(gè)過(guò)程就可無(wú)限重復(fù)，每分鐘可噴水33次，能游出去很遠(yuǎn)。

我國(guó)浙江大學(xué)的專家，仿照魷魚等動(dòng)物，用硅膠制成了軟體魚形機(jī)器人，當(dāng)它潛入3200米深的水下，不但身體沒有被壓扁，而且還能以很快的速度游動(dòng)，堪稱勇闖深海的健兒。原來(lái)，它的所有元件和電池，分散嵌在柔軟的體內(nèi)，這樣能承受深海的高壓環(huán)境。而且，它身上連接兩鰭的人造肌肉很特別，當(dāng)通人電流時(shí)，受到刺激就發(fā)生收縮，從而帶動(dòng)兩鰭劃水游動(dòng)。

足球機(jī)器人——踢球

動(dòng)畫片《超智能足球》里面的小一號(hào)足球機(jī)器人，與隊(duì)友密切配合，以高超的球技，戰(zhàn)勝了強(qiáng)大的對(duì)手，讓人看得熱血沸騰。不過(guò)，這種機(jī)器人球賽，不全是天馬行空的想象。實(shí)際上，足球機(jī)器人早已問(wèn)世，它們代表了人工智能技術(shù)的最高水平，屬于機(jī)器人中的佼佼者，設(shè)計(jì)制造它們，要涉及計(jì)算機(jī)、視覺捕捉、信息傳導(dǎo)、系統(tǒng)論、仿生學(xué)等學(xué)科。

讓機(jī)器人踢球，牽扯到“目標(biāo)識(shí)別”“自主定位”“快速行走”和“正確決策”等智能問(wèn)題，這就要求它們必須像人一樣，有敏銳的眼睛、靈活的雙腿，當(dāng)然還離不開反應(yīng)迅速的大腦，還得通過(guò)語(yǔ)言相互交換想法。此外，機(jī)器人不但要具備球技，還能分別擔(dān)任前鋒、中場(chǎng)、守門員等角色，能相互配合、協(xié)同作戰(zhàn)。

機(jī)器人跑步、運(yùn)球、射門、傳球、接球等一系列動(dòng)作程序，都事先由人工設(shè)定好，并存儲(chǔ)于它們的芯片里。芯片相當(dāng)于大腦，能判斷球場(chǎng)邊界、球和球門位置，還能識(shí)別雙方球員，把握賽場(chǎng)局勢(shì)等。當(dāng)然，還要“牢記”攻防戰(zhàn)術(shù)、比賽規(guī)則和安全事項(xiàng)等。更重要的是，知道如何在混亂中進(jìn)行交流與合作。

北京信息科技大學(xué)研制的足球機(jī)器人，屬于類人型智能機(jī)器人，曾在荷蘭舉行的機(jī)器人世界杯大賽中，以3：2的比分，擊敗東道主荷蘭的埃因霍溫科技大學(xué)隊(duì)，成為該屆世界杯最大黑馬，一舉奪冠，從而在人工智能領(lǐng)域，彌補(bǔ)了華夏兒女在國(guó)際足球賽事上的遺憾。

（編輯 文墨）