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Hello我们是航天机器人
十多年过去了,随机器人技术和航天领域的发展,慢慢的变多的机器人出现在空间站中。各航天大国都相继或计划将不相同的型号的机器人送上太空,作为航天员们的生活伙伴和工作助手。
近年来,在航天领域发展迅速的印度,正在全力研发一位神秘的美女机器人,计划在2022 年印度航天员首次进入太空之前,由她代替人类执行两次无人飞行任务。
这位名叫 Vyommitra 的女性机器人外表看上去与真人无异,还可以称得上漂亮。身着灰色制服的她看起来更像是公司里的商务白领,而不是一名航天员。Vyommitra 可以熟练大方地用英语和印度语与参观者交流。
按照印度空间研究组织(ISRO)项目负责人的介绍,Vyommitra将在正式载人之前的无人飞行任务中进行某些实验,并将始终与ISRO 指挥中心保持联系。
不过,对于目前只有上半身没有腿,还无法自由移动的 Vyommitra来说,能独立开展的实验似乎有限,多以点击面板按钮一类的简单操作为主。恐怕她更大的作用是模拟测试有人在飞船上时,载人轨道航天器“加甘扬”会有咋样的表现。Vyommitra 究竟能在太空发挥多大作用,还有待进一步观望。
由于印度载人航天计划中没有女航天员,若能成功发射,Vyommitra 将成为印度首位进入太空的“女性”。这或许可以解释为何ISRO 要选择把机器人塑造成这样一个漂亮女性的形象,毕竟以后若要和航天员们一同进入太空,美女相伴可以为单调的太空之旅增加一抹难得的亮色。
不过,如果未来不满足于让 Vyommitra仅仅做一个“花瓶”,ISRO 还要一直完善她的外形和各方面性能,以胜任更多人类能做的工作。
2013年 8月,日本种子岛宇航中心成功发射 H-IIB火箭。虽然这不是航天史上最牛的一次发射,但一定是最萌的那次,因为其中搭载了首个会说话的太空机器人——Kirobo。
这个小家伙高约 34厘米,重量约 1公斤,由东京大学与丰田汽车公司等共同研制,外形设计灵感来源于日本经典动画人物“铁臂阿童木”。他的主要任务是作为日本首位国际空间站站长若田光一的语音助手,在长达6 个月的空间站工作期间,提供各种操作说明并传递来自地面控制室的最新信息。同时,在深邃寂静的太空中,他还可以为航天员排遣寂寞,提供感情及精神方面的支持。
Kirobo 配置了人脸识别功能,他在进入太空前就记住了若田光一的长相,以便在太空相聚时可以认出对方。而在等待若田光一的前 3 个月中,Kirobo 之所以从始至终保持沉默,是因为他只会讲日文。其他的航天员要想和这个“小可爱”说上两句,还得自己先努力学习日语。
和 Kirobo 功能类似的,还有 2018 年飞抵国际空间站,由欧美联合开发的太空人工智能机器人 Cimon。这个健身球形状的机器人看上去其貌不扬,却是一个会飞的智能神器,不但可以在空间站里自由漂浮飞行,而且能通过识别面部表情、情绪、声音等,跟航天员互动,帮助航天员处理多种问题。
2019 年 8 月,一位名叫 Fedor的钢骨人形机器人佩戴着特制的连指手套,手拿俄罗斯国旗,搭乘联盟号飞船飞向国际空间站。
他不但是本次飞行任务的唯一乘客,也是人类航天史上首个担任飞船指挥官的机器人。他全程监测和实时报告无人驾驶发射、飞行状况,以及对接国际空间站的全过程。要知道,在他之前的机器人们,都是作为货物放在货运舱中送上太空的,而硬核战斗民族俄罗斯,把科幻电影中才有的场景,变成了现实。
Fedor具备AI和远程控制两种控制模式。他可以自主移动和工作,也可以切换到远程控制模式,在身穿控制服的操作员控制下工作。同时,为了确认和保证Fedor不会因意外对国际空间站造成任何损害,空间站安装了一套特殊的移动算法,严格限制他的一举一动。
尽管 Fedor履历中的技能包括举重、做俯卧撑、分类放射性废物、操作电钻、开瓶盖、灭火、开车、双“手”持枪快速射击……现阶段他的工作却并没这么炫酷,最重要的包含使用特制海绵清理空间站外壳和舷窗的灰尘;在工作区用手电筒为航天员提供照明;使用钳子等工具截断电缆;插拔空间站内外供电系统专用连接器。
除此之外,会开玩笑,也能思考哲学的Fedor更多是作为航天员的“社交伙伴”。为此,研发团队为他开发了一套智能语音交互系统,能够直接进行各种场景对话。据称“Fedor非常善于社交聊天,很有幽默感”,堪称机器人界的段子手。
如果 Fedor 可以通过国际空间站的所有测试,俄罗斯下一步将让他出舱受训,在未来担纲更换部件、维修设备等更复杂的出舱任务,以降低人类航天员太空行走的风险。
作为早期探索机器人与航天员如何共生的实验品,2011年飞抵国际空间站的Robonaut 2(简称 R2)能够说是机器人航天员界的大哥。和普通国际空间站航天员一样,R2 也有自己的推特账号,他在自己的首篇推文中写到:“我已经为进入空间站做好了一切准备,和我一起进行国际空间站太空之旅吧。”
按照美国宇航局的规划,R2 的空间站探索分为 3 个阶段,第一阶段是固定作业;第二阶段是舱内活动,需要在国际空间站内移动;第三阶段是舱外活动,在真空中工作,需要对机器人的重要硬件进行更多升级。
最初的 R2 机器人和 Vyommitra 一样,属于半身机器人,拥有人类的躯干、头部和臂部。进入太空后,他的主要工作是根据地面的远程操控按开关和清洁扶手。2013 年年底,R2 的躯干就顺利完成了第一阶段固定作业的目标。
信心满满的美国宇航局为了尽快进入第二阶段,决定开展一项较为复杂且颇具风险的升级——给R2安装一双腿。顺利的线更便利地在空间站里移动。
然而遗憾的是,这次升级的结果不尽如人意。腿部的安装需要升级大量核心硬件,包括新的计算机以及连接腿和机器人 CPU 的接线 小时的漫长“手术”过程还涉及复杂的机械装配。升级完成后,R2 多次出现无法移动、传感器故障、通信故障。航天员们对他进行了多次检查,将问题定位于处理器的电源,但始终没能彻底解决。
2013 年 12 月之后,R2 再也没能独立地完成一次科研任务。2018 年 7 月,他搭乘龙飞船返回地球,接受全面检查与修复,以待重返空间站。让我们祝愿他的下一次太空之旅能一切顺利吧!
当 Robonaut 2 在太空遨游时,美国宇航局并没有停下研发太空机器人的脚步。其中,Valkyrie是目前最被寄予厚望的一个。
和印度美女机器人 Vyommitra比起来,这位姓名来源于北欧神话女武神的机器人,从外观看不出太多的女性特征。她的身上装有4 个摄像机,28 个转矩控制节点,44 个自由度和 200 多个独立传感器,能够最终靠激光检验测试发现崎岖环境中的“平坦”区域,以此规划前进路线。
与航天员相比,她的执行效率更加高,而且不受环境的影响。既可以单独行动也可以与人类合作,她将帮助人类更好地去探索太空。尤其是在火星任务中,美国宇航局很可能会先于人类探险家派出机器人。当人类到达时,这些机器人就能够和人类一起工作。
令人略感失望的是,2013 年美国国防高级研究计划局举办的机器人挑战赛上,Valkyrie表现不佳,一分未得惨遭淘汰。
为了提升 Valkyrie 的能力,美国宇航局出资将 3 个机器人原型机送到 4 所知名大学“进修”,希望不同的研究团队能够充分的利用各自的特长,教会 Valkyrie 一些新的技能,例如维护太阳能电池板,修复电子面板,探索新领域并收集样品等。在美国宇航局的机器人测试中,完成学业归来的 Valkyrie 尽管还有一些步履蹒跚,让人提心吊胆,但还是稳稳当当地走完了工作人员铺设的高低不平且有缝隙的小路。
不过,要承担起独自探索火星的任务,灵活行走只是第一步。在真空环境下工作,她的设计显然需要能够应对更加严苛的环境挑战。要成为一名合格的机器人航天员,还需要长期的试验和不断改进。
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