我们何时才能驾驶机甲？漫画场景变为现实挑战巨大
http://n.sinaimg.cn/tech/transform/20160615/lHoQ-fxszmaa2031924.jpgMegaBots模拟了人类的外形，但移动时依靠的是轮子而非双脚http://n.sinaimg.cn/tech/transform/20160615/L-0X-fxszmaa2031933.jpgKuratas机器人的轮子解决了设计和制造人工四肢时的一些问题
新浪科技讯 北京时间6月15日消息，据国外媒体报道，你是否幻想过自己穿上机器人装甲参与战斗，或者就是提起各种重物？这种漫画场景要成为现实，还面临着巨大的挑战。 几十年来，当我们想象未来的战争场面时，总会想到巨大的、载人的机器装甲。这些庞然大物——又被称为“机甲”——已经成为未来战争的某种象征。有人操作的机甲首先出现于日本动漫，但很快就通过电视剧集《太空堡垒》（Robotech）传遍英国。好莱坞电影如《异形》、《阿凡达》和《环太平洋》等，也都出现了机甲的形象。 那么，这些机甲设计的可行性如何？我们能否见证人类有朝一日驾驶一台移动的大型机器人呢？Harebrained Schemes公司的乔丹·韦斯曼在20世纪80年代推出了机甲主题的《战斗科技》游戏（BattleTech，又被译为“暴战机甲兵”）。与此前的机甲例子不同，他在第一次构思自己的“战斗机甲”时，采用了相对有根据的方法。在乔丹·韦斯曼的设想中，机甲主要由一个钢铁框架构成，周围环绕着充电的人工肌肉，可以移动各个关节，此外还配备有陀螺仪和机上发电装置。 这种机甲背后的概念听起来十分合理。韦斯曼所想象的人工肌肉很像电活性聚合物。“这些电子束状物根据接受到的电力情况，将会伸展或收缩，成为我们机甲上的肌肉，”韦斯曼说，“经过了这快速发展的30年，同样的材料已经被用在假肢的开发上。” 人形设计之所以如此有吸引力，原因之一是它非常符合人体工程学。“人类的解剖学特征在攀爬岩石或道路行走时非常高效，” 卡勒姆科学中心“挑战环境的远程应用”项目主管罗布·白金汉解释称，“一个士兵能够携带数倍于自己体重的东西穿越任何地形。”然而，用两条腿走路需要高度的敏捷性，稳定性很难控制。 此外，要如何控制一个至少3米高的物体呢？爱丁堡机器人中心的Sethu Vijayakumar教授提出，可以将远程操作（类似电影《异形》中出现得“自动装卸机”）与能够对操作者意图做出反应的自动系统相结合。“会有来自操作者的高级意图，但许多低级控制将内置于平台上，比如在行走时维持稳定性，”Sethu说道。 事实上，相比让机甲自主思考，由人来驾驶的可能性要高得多。“这是一项非常可行的技术，” Sethu说，“比一个完全自主的系统更加可行，因为完全自主的系统在感知和随机应变时会遇到许多问题。”不过，任何远程控制系统都需要一个能够抵御黑客攻击和断线的通讯平台，并且能进行每秒50万次的操作运算。 机甲的能量来源也是一个问题。韦斯曼设想的“战斗科技”机甲是通过一个聚变反应堆供能的，但考虑到目前一个聚变反应堆的大小就相当于一间仓库，这种方法还很不现实。电影《环太平洋》中，机甲用的是传统的核裂变反应堆，尽管可以提供很高的能量输出，但在安全性上令人担忧。“电池和能量密度在技术上还落后于理论上的可能性，”Sethu说，“目前出现了燃料电池的研究，但就应用而言还处在相当初期的阶段。”http://n.sinaimg.cn/tech/transform/20160615/sHnj-fxszvys0837478.jpg德国的超重型坦克“八号坦克鼠式”在履带分担重量上存在问题
http://n.sinaimg.cn/tech/transform/20160615/9p1Q-fxszvys0837495.jpg移动机甲或许是科幻作者们喜欢的题材，但在现实生活中很难实现
为驾驶员提供情境感知信息是另一个问题。“我们已经在实时控制——比如稳定性——上取得了进展，” Sethu教授说，“问题在于尽管我们知道怎么做，但当你在真实世界中使用时，传感器出现任何微小的偏差都会使控制系统停摆。” 触觉反馈——你在使用游戏操纵杆时用到的——在确定是否触碰到物体时非常有用。然而，如果为驾驶者提供额外的感知信息，如机甲所感受到的内容，有可能会造成驾驶者承载过重的负担。 当你建造的东西越来越大时，它也自然而然地变得越来越重。施加到物体表面的力量会由接触面积分担。当你制造出一个双足的机甲系统时，它的大部分重量会集中在两条腿上。这会导致“高跟效应”，即所有的重量集中于很小的面积上。“当一位女士将所有体重放到高跟鞋的细跟上时，鞋跟会穿透很多东西，”韦斯曼说道。 第二次世界大战时，德国人在开发超重型坦克的过程中也遇到了类似的问题。八号坦克鼠式的重量达到188吨，一开始在加固混凝土建筑中它的操作一切正常，但在第一次野外测试时，它就陷入了泥土之中。 另一个问题是让机甲走起来。陀螺稳定器已经被用来保持机器（比如游轮）的平衡。然而，行走是一个相当不稳定的过程。人们走路时是先倾斜向前，然后再用脚步追上，因此当你造的机甲越高，它就越难以保持平衡。 无论是日本水道桥重工开发的“Kuratas”，还是MegaBots公司开发的“Mark 2”，都宣称自己是机甲。尽管它们都模拟了人形，但都没有采用双足运动的方式，而是使用了轮子。模拟人形虽然在负载和能量分配上具有优势，但从工程角度却很难做到。 为每个关节装上发动机或许是解决之道，而为了支撑身体其他部分，还需要更多的发动机。这些发动机重量都不轻，意味着压在关节上的重量又增加了，使机甲更加难以保持平衡。已经有人对“气动肌肉”展开研究，但这一方法也有问题。“你可以用这些气动肌肉打造多达5个关节，”Sethu说，“但当你试图从中建立一个双足系统时，它会在电子学、排线和接线等问题上失去控制。” 人类其实已经开始了机甲的生产——ActiveLink公司推出了“Assist Suit AWN-03”可穿戴机甲原型机。这个机器人是为了解决人口老龄化造成的劳动力短缺问题而诞生的。起吊机和铲车并不能应用于任何情况，“有些特殊领域还不能机械化，产业工人依然需要自己搬动重物，” ActiveLink公司主席Hiromichi Fujimoto说道。 接下来，ActiveLink公司将进一步减轻“Assist Suit”的重量，降低生产成本，并开发出能从事更繁重工作的模型机。有朝一日，我们或许能穿上“外骨骼”来搬运货物，甚至是沉重的建筑材料。不过，巨塔一般的机甲在未来城市中穿行依然太过惊人。“它们是奇妙的幻想，但作为实用的军事工具，你最不想要的便是高度，”韦斯曼说道。 “从某种角度上，我们已经拥有了这一技术，”Sethu说，“我们将迎来人形机甲，但只有在找到应用领域的时候。只有科幻小说家才会在意它是否有双腿和双手。”（任天）
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