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科技环境

机器人赛跑,蝎子冠军

如今,就是科幻小说作家也不相信真的会有和人一样的机器人了,但还是有那么些工程师热衷于开发越来越接近人的机器。最近,在德国东部小城伊尔默瑙举行的机器人大会上,他们展出的作品又涉足迄今保留给人类的领域:体育竞赛。在此竞赛的不光是速度、力量、和动作的完美程度,而且还有设计思路的竞赛。

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机器人与真人赛跑的日子不远了?

蝎子的对手根本就没有获胜的机会:无论是直跑、绕圈跑、拖重物,还是在设计方案的革新性方面,蝎子都遥遥领先。来自不来梅的蝎子在五项比赛中,夺得四项冠军。

蝎子的身体形状和它借用其名的真正蝎子不一样,是窄窄的椭圆形,但它的腿却令人联想到八条腿的动物,比如蝎子,或者是大对虾。

第一场比赛是4米赛跑,选手是8个机器人。但看上去,这好像不是一场需要从起点跑到终点的竞赛,因为随时都可能有选手中途退场,比如机器人小DD(DD Junior)。它是唯一一个只有两条腿的机器人,但它在竞赛5分钟、行走30厘米之后,就失去了耐性,放弃了比赛,而其它那些四腿的、六腿的、八腿的机器人还在用尽全力,不,是在用尽电池之力向终点靠近,有蹦的、有爬的、有东倒西歪挪的,还有正步走的。苏黎世大学的普法伊费尔教授在他的“娃娃”(Puppy)和蝎子一比高低之前胸有成竹地说:“自然界没有真正跑得快的八条腿。只有四条腿的动物,或者我们两条腿,才会是飞毛腿。”普法伊费尔的“娃娃”只有巴掌大小,大头细腿,身子瘦小,看上去就像刚出生的小狗。

这场比赛也是两种不同设计思路之间的竞赛。蝎子的设计者们希望做出一个结实的、功能强大的机器人。设计者之一施佩内贝格介绍说:“基于这个想法,我们分析了动物界的情况,看那里有没有我们可以借鉴的原理。”

普法伊费尔则选择了另一条路子。他是先仔细了解动物自然运动的过程,然后再想办法模拟。他说:“很多时候我都有种感觉,就是人们习惯于用传统的机械设计方案来试图解决生物问题。这是不会成功的。人们有必要转变思路,应当从生物系统出发,先试着搞清楚生物系统的作用原理,然后再想办法实现这些原理。”

普法伊费尔的娃娃已经开始蹦蹦跳跳地往前跑了一段了,足有半米高、体重显然不轻的蝎子却还根本没有启身呢。但后来,蝎子还是利用其高大的身材,挎着大步,第一个闯过了终点线。

蝎子的主人施佩内贝格介绍说:“我们发现,在八条腿的情况下,同时有四条腿在空中、另外四条腿着地的行走方式只出现在急速快跑的时候。慢走的时候,却是尽量多的腿着地才是最好的。真正的蝎子也是这样做的。它们跑得越快,同时在空中的腿才越多。这样的机制使整个系统非常稳定,这个机制也是我们从大自然中学来的。”

八条腿的蝎子不仅跑得快,而且在克服一块大石头障碍时表现出,它还善于攀登。它就像一个真正的蝎子一样,会灵巧地平衡身体。竞争对手普法伊费尔也不无称赞地表示:“这一点做得当然很漂亮。蝎子腿上装了不少小弹簧,就像某种肌腱。碰到地面不平整的时候,它们就可以直接起到平衡的作用,而不需要另外构思什么控制机制。”

在下一项测试中,八条腿的蝎子也显示出它的技术优越:它的一条腿向上弯曲,把一根管子夹在这条腿和它狭窄的、用不锈钢做成的脊背之间,拖着管子就走了。施佩内贝格表示:“真正的动物用腿能做的事情当然要多得多,它们用腿的目的也是完全不同的,主要是追捕猎物等等。八条腿的系统完全可以省出一条腿来摆弄东西。。”

因此,蝎子也获得了最佳搬运奖。尽管挂满奖章,蝎子现在还是只用于试验。然而,蝎子的开发者们、来自德国不来梅的工程师们却目标宏大:他们希望他们的八腿机器人能够有朝一日随欧洲航天局的下一次火星探测计划,飞向那颗红色的星球。施佩内贝格说:“蝎子在火星上可以爬到很陡的凹坑里,进行分析研究工作,因为凹坑里的信息往往非常重要,是天文地理学家非常希望了解的。凹坑里的那些沉积层可以告诉人们这颗星球的过去。”

然而,蝎子是否真的可以把脚踏上火星,就像火星计划本身一样,两者都还希望渺茫。在此之前,机器人的技术进化过程还将继续,说不定它们也会像地球上的物种进化一样,最终还是两条腿和四条腿占据优势。

  • 日期 18.12.2005
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