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美反爆炸装置机器人实现自主导航 带来广泛争议

归档日期:06-17       文本归类:反爆炸      文章编辑:爱尚语录

  在把遥控无人地面车辆确定为执行反简易爆炸装置任务的救生装备以来,进行了不少努力来增加装备的自主性,以减少对于操作人员的威胁和他们的工作负担。政府和工业部门正在开发软件和传感器组合,使得地面机器人拥有实际的导航和操作的自主能力,其目的在于使炸弹处理专家能够同时管理多个机器人并且使步兵人员和战斗工程人员拥有更多基本的反简易爆炸装置能力。

  包括部分开发人员在内的一些人对于执行反简易爆炸装置任务的装备的自主性表示怀疑甚至反对,《无人机》杂志曾就这个问题调查过一些主要人士的态度。

  美国桑迪亚国家实验室的机械和材料工程师史蒂文托德(Steven Todd)在美国海军中处理简易爆炸装置,积累了广泛的经验。他说,用机器人对操作人员或者第一处理人员提供帮助以减少他们所遭遇的危险已经走过了相当长的路程,但是爆炸装置制造者具有创造性,而且环境在不断改变,因此操作人员或者第一处理人员在完成反简易爆炸装置任务中仍然会起关键作用。

  德国Telerob公司负责遥控机器人销售的克里斯蒂安赫布斯特(Christian Herbst)则更是认为在执行反简易爆炸装置任务中,机器人的自主性没有多大意义。他说,每次任务都是不同的,必须有专门的知识和独特的方法,这些都是自主车辆所没有的。前线机器人技术公司(Frontline Robotics)的理查德莱帕克(Richard Lepack)的看法则是在反简易爆炸装置领域中,传感器技术比自主性更为重要,但是仍然有必要开展自主性方面的工作。

  诺斯罗普格鲁曼公司遥控技术部的人士认为,自主性对于各种重复性的而且操作人员容易出现错误的机器人行为来说是最为适用的,不过自主性的适用范围局限于可靠的和可重复的技术领域。他们说,在反简易爆炸装置任务中,有许多情况需要进行可靠的和可重复的操作,例如用地面穿透雷达对某一个地区进行搜索,寻找简易爆炸装置。在这种时候,自主机器人就会比操作人员更加准确,更加有效。

  美国国防高级研究计划局强调指出,受操作人员控制的机器人的行为受限于视频视场、望远镜和通信带宽。国防高级研究计划局正在进行一个为期4年的“自主机器人操纵”计划,开发使机器人能够自主抓取和操纵物件完成复杂的任务的软件和硬件。力求操作人员只是对机器人提供高级指导。虽然国防高级研究计划局的“自主机器人操纵”扩展到了所有地面机器人任务,但是处理简易爆炸装置是最为重要的一个方面。然而,“自主机器人操纵”必须跨过一座山,因为有的事情对于人类而言是非常简单的,而对机器人来说就很困难了。例如打开一扇门或者捡起一个小的物件,就需要机器人装备立体照像机或激光器之类的距离传感器以及有多个操纵轴的力反馈系统。

  在自主机器人操纵这个困难的领域,首先要解决的就是导航问题。美国的制造商iRobot公司正在开展关于 “一点就动”(click-to-drive)能力的工作。iRobot公司的政府和工业机器人部的总裁罗伯特摩西(Robert Moses)解释说,所谓“一点就动”就是将一个机器人放到某一方向并且说“到那里以后告诉我”——愿意的话还可以加上漫游控制。除了导航以外,还有几个使机器人摆脱困境的基本技能,包括机器人跌倒以后能够恢复平衡,和失去通信联络以后自动返回最后一次通信的地方重新建立通信联络。iRobot公司目前还在开展工作,使机器人具有绘制其周边的地图并将地图发回给操作人员的能力。

  摩西还说,这些技术都是为美国政府开发的,政府目前正在对这些能力进行实际评估。多数能力都会通过一个软件升级包整合在一起,政府已经购买了基本软件包,今年晚些时候就会用到战场上。

  按照摩西的说法,机器人的自动恢复平衡、自动返回重建通信联络和地图绘制能力都能够很快实现,实现操控能力的时间要长一些,预计要2年才能提交政府进行测试,4到5年才能达到技术备用水平。

  有3个团队正在为美国国防高级研究计划局的“自主机器人操纵”计划进行硬件开发,一个是iRobot公司团队,另一个是桑迪亚国家实验室团队,还有一个是SRI 国际公司(SRI International)团队。他们都在从事多指手的设计,强调坚实性和低成本。另外一些团队从事计划的软件开发,使机器人能够完成多项任务,这些团队分别来自卡内基梅隆大学、HRL实验室、美国国家航空航天局的喷气推进实验室、SRI 国际公司、南加州大学和iRobot公司。

  摩西指出反简易爆炸装置的自主性观念可能会导致某些分工争论,站在爆炸物处理人员的角度,就会认为那是爆炸物处理人员的责任。有的人根本就不希望有自主的爆炸物处理。

  赫布斯特也同意这样的观点:机器人也有可能在没有士兵作用或者士兵只进行少量干预的情况下进行爆炸物处理,但是爆炸物的操作处理经常需要炸弹处理工程师或战士单独做出决定。赫布斯特所在的德国Telerob公司主要从事开发同时进行自主定位和地图绘制模块的工作,他说基于激光器的系统能够制作周围环境的地图,对未知地形或者复杂的基础设施中的操作人员提供帮助。

  诺斯罗普格鲁曼公司遥控技术部的人士则看到了自主操作机器人在某些简单应用中的价值,能够帮助操作人员进行平常的但是需慎重对待的操作,而且其效率和速度都远非操作人员可比。遥控技术部现在的工作集中于协助操作人员的方面,所开发的自主辅助机器人能够监控操作人员的操作,向其使用者实时提供信息和警示。该公司开发的HD-2 型和F6B型机器人就具有简单的自主操作功能。

  摩西承认,非爆炸物处理部门开发的机器人的自主行为和传感能力可能会在反简易爆炸装置中得到某些应用。尤其对于步兵来说更是如此,他们希望机器人具有像猎犬那样的能力,能够用手势和语言来控制。在进行反简易爆炸装置的工作时,这样的机器人可以送入建筑物内,用其传感器发现威胁物品。

  莱帕克看到了机器人自主性在反简易爆炸装置任务中的使用价值,认为其主要贡献在于探测、导航和协助。他说,探测系统和传感器仍然需要进一步发展,但是自主的无人操纵地面车辆能够改变探测方式,一定会对完成反简易爆炸装置任务提供巨大帮助。多台自主的无人操纵地面车辆能够对某些道路或某些地区进行巡查并且同时分享其世界地图,使得其它车辆都能够知道各自的所在和打算去的地方。如果其中一台车辆遭受损失的话,这些车辆可以停下来,重新进行组织,以确保巡查能够覆盖整个地区或者路线。

  莱帕克所在的前线机器人技术公司从事的机器人自主工作的重点是在安全领域,但是该公司也与加拿大政府合作开发了名为战术无人地面车(TUGV)的化学、生物、放射性、核和爆炸性物质(CBRNe)感测和反简易爆炸装置的机器人系统。战术无人地面车采用史密斯探测公司(Smiths Detection),Automess公司,Proengin公司和其它制造商的化学、生物、放射性、核和爆炸性物质传感器来探测爆炸物威胁,同时采用来自MREL公司,Ideal Solutions公司以及其它公司的爆炸物破坏方法。战术无人地面车体积很大,代表了反简易爆炸装置机器人的一个新方向。它用来处理大型爆炸装置和车载简易爆炸装置(VBIED)。按照前线机器人技术公司的说法,现在所使用的处理车载简易爆炸装置的机器人都不是用来处理大型爆炸装置的爆炸物处理平台,一般都很小,比较轻,用电池供电,因此能力十分有限。处理车载简易爆炸装置需要长距离地拖曳重达700千克的爆炸物摧毁装置。

  战术无人地面车具有800千克的拖曳能力,可以在后部的货物架上承载450千克的载荷,其前板能够承载45千克的传感器和装备。装有40马力的汽油机和2.8千瓦的发电机,能够在崎岖的地形中拖曳“战列舰”型简易爆炸装置处置系统(battle wagon IED disruptor system),并且提供12伏和24伏电源用于附属装备、未来的载荷以及电池充电。

  据《无人机网》(2010年6月报道,重达2.5吨的多功能通用/后勤和装备(MULE)车是另一款用于反简易爆炸装置任务的大型无人地面车,可以用作多种设备的平台,包括安装洛克希德马丁公司所特有的“交响乐”(Symphony)干扰系统。

  随着无人操纵地面车辆不断进步,其所采用的工具也在不断进步。桑迪亚国家实验室走在了开发简易爆炸装置处置工具的最前面,力求使用最为有效的材料,预测简易爆炸装置的性能,开发应用工具来对付各种各样的爆炸装置。

  桑迪亚国家实验室所开发的新工具之一就是授权TEAM 技术公司(TEAM Technologies)制造的射流刀(fluid blade)。射流刀发射能够穿透钢板的水流,就像锋利的刀子一样,极为有效地穿透简易爆炸装置,使之失效。由桑迪亚国家实验室的托德等人发明的射流刀是一个塑料装置,充满水和爆炸性材料。爆炸性材料被引爆以后就产生冲击波,冲击波在水里传播并加速,形成凹槽(concave opening)。水碰撞的时候产生一个薄的刀片。托德在2010年9月宣布该装置的进展情况时说,高速而精准的射流刀能够进行准确的破坏,紧接着射流刀而来的是水崩(water slide),撕碎一切,进行全面的摧毁。

  TEAM 技术公司在2010年夏季交付了第一批约3,000套射流刀装置到阿富汗。托德证实射流刀摧毁装置已经在一个机器人平台上进行过试验。

  自主机器人将依赖于名为“理性代理”(rational agents)的计算机程序,多数研究人员认为“理性代理”程序必须有能力进行操作,无需直接连续监管;有能力与其它代理程序和外部实体进行互动;有能力感知环境并且准实时地做出反应以在其内部进行改变;并且有动地实现内部目标。所有这些能力都是为了使自主机器人像操作人员那样处理简易爆炸装置。

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