书城科普读物科学我知道-Why人工智能
16215200000032

第32章 你了解军事机器人吗?(1)

目前世界上已有十几个国家对民用及军用机器人进行了大量的研究。机器人系统在我们生活领域中越来越重要。在未来的战场上,机器人也将发挥不可忽视的作用。尽管现在世界的局势以和平和发展为主,但战争的威胁始终都存在。因此,我们必须认真研究怎样在愈加电子化、机械化的未来战场上部署机器人,怎样使更加占据优势的自主式机器人和多环境机器人代替机器人遥控系统。

人类为什么一定要发展军用机器人呢?通过分析未来战争的经济消耗、对国家的破坏及其残酷性,人们会发现机器人武器更有优势,未来战场环境必将导致大量机器人的投入。

在有些情况下,机器人系统要明显地优于载人系统:

当战争环境极为险恶,唯一的选择是机器人系统,在未来战场上只有无人系统能在毒气袭击的情况下执行任务,并能抵抗冲击波和热辐射,就像现在它们在核电站、外层空间、海底及不适于人工操作的装配线等危险环境中出色地工作一样。一旦它被毁坏,另一个机器人即可当更重要的任务需要人去完成时,机器人可以代替人完成那些不太复杂的任务,可成为战场上的有生力量。

机器人和自动化机械系统最适合在核生化战场上部署,它们能在这种情况下安全高效地检修装备,维修车辆,灭火和抢救伤员,它们是核生化战场上唯一的生力军。

机器人没有人类恐惧的本能,能完成对人类来说是极危险的动作,它能以大加速度转向,机器人武器系统的耐受力大大超过载人系统,不会像载人系统那样因人的精力和体力的疲劳而影响它的操作性能。

机器人可以接管一些一般性工作,诸如安全、消防、维修、后勤等方面的任务,受过良好训练的人员如驾驶员,可以去承担更重要的任务,把那些不太重要或没有生还可能的任务留给机器人去完成。

遥控式机器人系统的制造技术相对简单,而且更容易被军方接受,所以现在遥控式机器人系统已经率先部署于战场;而自主式系统由于研制费用昂贵,特别是人们对它是否能确保不伤害人类本身仍持怀疑态度,使得自主式系统的发展面临困境。

近期已装备部队的遥控式机器人正是军方所冀求的“勇士”和“技师”。如果遥控器与操作手之间有更加安全的传输线路,比如用卫星远距离遥控,那么未来战争的性质与参战士兵的类型将与现在完全不同。试想,一个五角大楼的官员坐在办公室里代替前线的士兵操纵坦克,或是一个电子游戏通过遥控机器人执行特种作战任务,它们的战斗力可能大大超过现代战场上的勇士。操作手还不受年龄、性别、身体状况的限制,使军方有更大的人员选择的余地。将来,掌握先进的遥控技术的国家将更热衷于远距离作战。

在无人系统的发展中,多环境机器人系统异军突起,这种机器人系统的出现受益于使美国青少年着魔的日本机器人玩具——“变形金刚”(Transformers)和“格博兹”(Go-Bots)。研究者们希望这一系统能适应各种环境,陆地、空中、海洋及空间,并已开始尝试,比如美国人能在潜艇上发射“战斧”(Tomahawk)式导弹,这种自动控制导弹可以用鱼雷发射管发射入水,游出水面后脱掉外壳展开尾翼升空。可以预言,更先进的多环境机器人系统将成为未来机器人研究发展的大趋势。

一些人设想在多环境机器人上安装逆向旋转叶片,就像加拿大航空公司的“哨兵”CL-227(CL-227Sentinel)机器人系统一样,并兼有奥德迪克斯公司的步行式机器人的功能。在地面上它将叶片折叠,能在茂密的灌木丛中行驶,也可隐蔽潜伏数日,用传感器收集各种情报。一旦需要升空时,机器人可马上伸展旋翼,像直升机一样在空中侦察或执行其他空中任务。

还有些人想把多环境机器人系统设计成一种遥控航行器,像小型潜艇一样在水下部署。这种系统在水面行驶时可拖带传声阵列,在水下可用磁探仪完成非声探测任务,它还能作为一种突击潜艇跟踪敌艇并发动攻击。目前,对多环境机器人系统人们还处于设想阶段,但它的重要性不容忽视。

机器人的另一种准军事应用是参与反恐怖活动,但同时人们也担心有一天它们也会成为“恐怖分子”。它们一旦失控或是落入恐怖分子之手,将会带来很大的灾难。所以各国的防务、执法及情报机构都严格控制不让无人武器系统及其制造技术被恐怖分子所掌握。

当然,机器人不可能完全消灭恐怖分子,但我们能利用我们的自主式海、陆、空机器人对机场、使馆、港口及其他可能遭受攻击的目标和地区进行巡查,而且机器人系统在这方面的使用比载人系统更加优越,它花费少,隐蔽性好,受到的威胁也小。目前凭借先进的自动化和机器人技术,反恐怖机器人能拦阻和检查有可能携带爆炸物的车辆,避免了人类在执行这类检查时有可能受到的直接伤害。美国机器人防御系统的“觅食兽”机器人在这方面已有了成功的例子,这表明无人系统完全可以胜任拦阻和检查进入车辆的任务。

装配了先进的摄像机和传感器(包括红外、传声、雷达、传感器)的遥控飞行器的使用范围也很广阔,遥控飞行器能够执行周密的侦察任务、干扰恐怖分子的联络、引导灵巧武器命中目标。美国科学开发公司研制的RPMB遥控飞行器和ILC多佛空气动力公司建造的可充气遥控器均属于遥控飞艇,这种飞艇能连续在空中盘旋数日,监视杂乱的城区,用摄像机和传感器对目标区和选定的建筑物进行监控。

在爆炸物处理机器人还没有出现以前,爆炸物需要专门人员排除。首先要小心地取下引信,取下引信帽,使雷管失效,然后或是冒险卸下雷管,或是用控制爆破销毁爆炸物。许多人在排除爆炸物时由于出了极小的差错失去手指、胳膊甚至生命。机器人的使用可使爆炸物处理专门人员远离爆炸物进行操作,他们遥控机器人到作业位置,这时机器人将现场画面用电视摄像机传给操作手,之后,操作手发送指令让机器人用机械手打开爆炸装置。然后拆除引爆装置或是用轻机枪射击破坏引爆装置。

而且机器人不仅可以排除炸弹,利用它的侦察传感器还可监视犯罪分子的活动。监视人员可以在远处对犯罪分子昼夜进行观察,监听他们的谈话,不必暴露自己就可对情况了如指掌。

“微型无人机”

所谓的微型无人机,是指翼展和长度小于15厘米的无人机,也就是说,最大的大约只有飞行中的燕子那么大,小的就只有昆虫大小。微型飞行器从原理、设计到制造不同于传统概念上的飞机,它是MEMS(微机电系统)技术集成的产物。要想研制出如此小的无人机面临着许多技术及工程问题。

最大的困难是动力问题。在微型无人机的开发中,近期最大的困难是发动机系统及其相关的空气动力学问题,而发动机又是关键,它必须在极小的体积内产生足够的能量,并把它转变为推力,而又不增加过多的重量。

不同的空气动力学原理。由于尺寸小速度低,微型无人机的工作环境更像是小鸟及较大昆虫的生活环境,而人们对于这种环境中的空气动力学还知之甚少,其中的许多问题,都难以用普通空气动力学理论加以解释。

由于微型无人机只能低速飞行,层流占主导地位,它引起较大的力及力矩,这可能要求用三维方法解释它的空气动力学。微型无人机的机翼载荷很小,几乎不存在惯性,很容易受到不稳定气流、如城市楼群中的阵风以及风雨的影响。

飞行控制。怎样控制微型无人机的飞行是另一个难点。首先要有一个飞行控制系统来稳定微型无人机,至少增加其自然的稳定性。这样在面临湍流或突发的阵风时可以保持其航线,并可执行操作人员的机动命令。若微型机需要对目标成像的话,还需要稳定瞄准线。

为使微型无人机自主飞行,要采用重量轻、功率低的GPS接收机,低漂移量的微型陀螺仪和加速度计,也可以利用地理信息系统提供地形图导航。GPS可以大大提高微型机的能力,但目前它在功率、天线尺寸、重量及处理能力等方面均存在不少问题,需要加以解决。而且,系统还要不受电磁波及无线电频率的干扰,要求通信电子元件的质量/功率效率极高。

通信。一旦飞到空中,微型无人机需要保持它与操作人员之间的通信联系。由于体积重量的限制,目前只能采用微波通信方式。尽管微波可以传播大量的数据,足够进行电视实况转播,但它却无法穿透墙壁,因而只能在视距内使用它,微型无人机的尺寸小限制了无线电的频率及通信距离。当微型机飞出视距或视线被挡住时,就需要一个空中的通信中继站,中继站可以是另一架飞机或者卫星。

侦察传感器。要想在战场上实际应用,微型无人机还需要携带各种侦察传感器,如电视摄像机、红外、音响及生化探测器等。这些都必须是超轻重量的微型传感器,因而部件小型化是传感器技术发展的关键。

美国正大力开发微型无人机技术,并研制各种微型无人机平台,有固定翼、旋翼及扑翼式三种。

1998年初,加利福尼亚大学开始研制一种扑翼式微型无人机,叫机器苍蝇。研制的目的是利用仿生原理获得苍蝇的杰出的飞行性能。军方对它的侦察能力很感兴趣,想利用它在城市环境中进行秘密监视及侦察。