也許你還記得，幾年前在地震和海嘯中受到重創(chuàng)的福島核電站產(chǎn)生了巨大的核泄漏危機(jī)。由于核輻射會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害，使得救援人員無(wú)法靠近反應(yīng)堆核心進(jìn)行施救。而唯一的解決方案就是派遣機(jī)器人進(jìn)入廢墟中進(jìn)行施救，減小災(zāi)害帶來(lái)的影響。

此外，核電站、核廢料的處理也需要機(jī)器人的充分參與。據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，在所有歐盟國(guó)家中，法國(guó)的放射性廢物最多，接近150萬(wàn)立方米，占該歐盟總數(shù)的44％。英國(guó)處于第二位，超過(guò)120萬(wàn)立方米。如以重量統(tǒng)計(jì)，英國(guó)有近500萬(wàn)噸遺留核廢料，而清理這些廢料是整個(gè)歐洲在環(huán)境修復(fù)問(wèn)題上所面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

在整個(gè)歐盟范圍內(nèi)，已有90多座核反應(yīng)堆被永久關(guān)閉，而更多設(shè)施將被停止使用。根據(jù)歐盟2021~2027預(yù)算，歐盟委員會(huì)已提議在核安全問(wèn)題上撥款約12億歐元。

為讓機(jī)器人在危險(xiǎn)環(huán)境中發(fā)揮更大作用，德國(guó)波恩大學(xué)研究人員們啟動(dòng)了一個(gè)名為“半人馬”的災(zāi)難救援機(jī)器人項(xiàng)目，旨在構(gòu)建一個(gè)多功能的穩(wěn)定救援機(jī)器人平臺(tái)以協(xié)助救援人員在惡劣環(huán)境中執(zhí)行緊急任務(wù)。

半人馬Centauro機(jī)器人

Centauro高達(dá)1.5米，重達(dá)93公斤，由鋁等輕質(zhì)金屬制成，其塑料皮膚通過(guò)3D打印技術(shù)而獲得。它有一個(gè)類似人首馬身的車身設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)部門由四條具有多個(gè)自由度的腿構(gòu)成，每條腿同時(shí)帶有可轉(zhuǎn)向的車輪結(jié)構(gòu)，這種四足機(jī)器人比雙足機(jī)器人更加穩(wěn)定。機(jī)器人的腿包含六個(gè)自由度，由于能夠在臀部、膝蓋和腳踝處旋轉(zhuǎn)，靈活的關(guān)節(jié)保證了它在惡劣環(huán)境中自如的運(yùn)動(dòng)。

渲染圖和原型機(jī)圖片

Centauro是名副其實(shí)的半人馬。除了四肢外它還擁有靈巧的上半身，包含了兩條手臂和靈活的手部；強(qiáng)健的雙手和雙腿可以幫助它抬起沉重的物體，而靈活的雙手則可以幫助它操作工具并并打開門窗、閥門等裝置。此外它還能夠使用特定的工具執(zhí)行操作任務(wù)，精度上甚至達(dá)到了與人類媲美的地步。該機(jī)器人配備了由三臺(tái)車載計(jì)算機(jī)提供的計(jì)算能力，分別用于實(shí)時(shí)控制、高級(jí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和感知處理。

Centauro機(jī)器人的操作主要由人類通過(guò)遠(yuǎn)程操作來(lái)控制。機(jī)器人對(duì)環(huán)境的感知通過(guò)遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸?shù)娇刂迫藛T的VR頭盔中，研究人員根據(jù)傳輸回的三維環(huán)境視覺(jué)信息進(jìn)行判斷，并利用力反饋系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人下達(dá)遙操作命令，從而完成任務(wù)作業(yè)。

雖然是遠(yuǎn)程操作，但機(jī)器人也具有一定程度的自主性。例如，如果告知機(jī)器人移動(dòng)到特定位置或抓住某個(gè)物體，它將進(jìn)行自我計(jì)劃并執(zhí)行該操作。測(cè)試表明，機(jī)器人能成功爬上樓梯、繞過(guò)障礙、跨過(guò)空隙、打開門鎖、操作閥門和電動(dòng)工具等。由此，CENTAURO災(zāi)難響應(yīng)系統(tǒng)提供了現(xiàn)實(shí)任務(wù)所需的高度靈活性。譬如在控制重物和擊碎木片上，機(jī)器人的移動(dòng)性、操縱性和全身控制技能都得到了驗(yàn)證。

不過(guò)目前Centauro項(xiàng)目組仍認(rèn)為該項(xiàng)目不夠成熟，暫時(shí)不能應(yīng)用于真實(shí)的輻射環(huán)境之中。與此同時(shí)，而另一項(xiàng)目組則開始嘗試將其開發(fā)的機(jī)器人投入到核輻射環(huán)境中使用。

以清理核廢料為目標(biāo)的RoMaNs項(xiàng)目

英國(guó)伯明翰大學(xué)的研究人員正在開發(fā)能夠在高輻射環(huán)境中工作的機(jī)器人，以協(xié)助清理過(guò)去半個(gè)世紀(jì)以來(lái)殘留的核廢料。該大學(xué)提出了RoMaNs項(xiàng)目來(lái)應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的核廢料處理，這一項(xiàng)目旨在使用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行核物質(zhì)的清理。

該項(xiàng)目正在設(shè)計(jì)機(jī)器人的自主行為，以便機(jī)器人可以根據(jù)污染程度對(duì)放射性廢物進(jìn)行分類。即便是穿著防護(hù)服，人類也會(huì)暴露在高強(qiáng)度輻射下。由于核輻射對(duì)人體所造成的巨大威脅，研究人員認(rèn)為類任務(wù)只能通過(guò)機(jī)器人完成。

在廢墟中主要的任務(wù)是抓取和對(duì)設(shè)備的操作，同時(shí)還需要經(jīng)受住強(qiáng)輻射對(duì)控制、感知和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的考驗(yàn)。例如在處理核廢料過(guò)程中，機(jī)器人需要打開舊的容器、整理甚至切割肥料，并為新來(lái)的廢料準(zhǔn)備安全的容器。其核心在于對(duì)廢料的排序分離和隔離。

目前的這類操作主要由人類操作員費(fèi)勁、低效的操作機(jī)器人遠(yuǎn)程控制，緩慢的進(jìn)行作業(yè)。而RoMaNS的目標(biāo)在于尋找一種機(jī)器人可以更高效快速處理這一任務(wù)的新方法。研究人員為這一任務(wù)研發(fā)了新型的可以經(jīng)受高強(qiáng)度輻射的靈巧手，隨后建立了一套有效的力傳感遙操作系統(tǒng)。

在此基礎(chǔ)上，研究人員開發(fā)了“自動(dòng)化”的控制算法，僅僅需要根據(jù)視頻點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)機(jī)器人系統(tǒng)便會(huì)利用目標(biāo)檢測(cè)來(lái)自動(dòng)進(jìn)行抓取和操作。同時(shí)“標(biāo)準(zhǔn)”操作還允許AI和機(jī)器人分工協(xié)作。

參考>>https://cordis.europa.eu/project/rcn/194336/reporting/en

人工智能進(jìn)行控制

由人類遙操作的機(jī)器人在抓取和移動(dòng)無(wú)法預(yù)測(cè)形狀、大小的物體上存在困難。為解決這一問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種自動(dòng)視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人，該機(jī)器人使用人工智能來(lái)協(xié)助操作人員。他們的項(xiàng)目合作伙伴CEA（法國(guó)替代能源和原子能委員會(huì)）創(chuàng)造了一個(gè)帶有手掌和手指的核適應(yīng)機(jī)器人手臂，由機(jī)器人手套或操作員佩戴的觸覺(jué)外骨骼控制。

由CEA開發(fā)的具有三指手的外骨骼裝置，該裝置可以捕捉操作員的動(dòng)作以控制機(jī)器人的手部動(dòng)作。 圖片來(lái)源：CEA / Stroppa

這個(gè)裝置就像個(gè)人機(jī)一體的操作裝置。因此，當(dāng)操作員移動(dòng)手臂和手指時(shí)，放射性區(qū)域中的機(jī)器人臂會(huì)移動(dòng)其手臂和手指。該系統(tǒng)使用人工智能進(jìn)行自動(dòng)視覺(jué)，使機(jī)器人知道如何檢測(cè)、識(shí)別和拾取各種物體。人類操作員通過(guò)遠(yuǎn)程操作和人工智能與機(jī)器人共享機(jī)器人手臂的控制權(quán)。例如，當(dāng)操作者移動(dòng)手臂時(shí)，機(jī)器人同時(shí)也可以控制手的方向以更輕松的方式抓取物體，或者說(shuō)計(jì)劃抓取物體的機(jī)器人將向操作員顯示其意圖以進(jìn)行確認(rèn)。

機(jī)器人（人工智能）正在代替人類完成危險(xiǎn)和艱苦的工作，但人類仍在某種程度上對(duì)機(jī)器人的行為負(fù)責(zé)。RoMaNs團(tuán)隊(duì)的工作簡(jiǎn)化了針對(duì)機(jī)器人的操控系統(tǒng)，操作員只需要通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊特定物體，機(jī)器人就能獲得相應(yīng)的指示，靠近并抓取該物體。

當(dāng)機(jī)器人手臂接觸物體表面或抓住該物體時(shí)，操作員通過(guò)機(jī)器人手套感覺(jué)到傳遞過(guò)來(lái)的接觸力。虛擬觸覺(jué)技術(shù)讓遠(yuǎn)程操作員了解禁區(qū)內(nèi)的情況非常有用。為使手套正常工作，機(jī)器人手臂必須充分感知和適應(yīng)其進(jìn)入的環(huán)境。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，CEA團(tuán)隊(duì)在臂關(guān)節(jié)中開發(fā)了自適應(yīng)機(jī)制，其機(jī)械移動(dòng)就像彈簧一樣，且比精密的電子部件更能抵抗輻射。

拭目以待

在英國(guó)北部由國(guó)家核實(shí)驗(yàn)室管理的一個(gè)放射性環(huán)境中，RoMaNs團(tuán)隊(duì)利用其開發(fā)的人工智能控制系統(tǒng)成功測(cè)試了機(jī)器人手臂。這是人工智能控制下的機(jī)器人第一次被應(yīng)用到真實(shí)的放射性環(huán)境中。

人們?cè)J(rèn)為至少需要十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間才能將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到核工業(yè)中；但經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)后，RoMaNs團(tuán)隊(duì)取得了良好的進(jìn)展，且認(rèn)為這一技術(shù)將很快應(yīng)用于核廢料的處理和反應(yīng)堆的善后工作中，為核工業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航。