书城科普走向未来的现代工业(新编科技大博览·A卷)
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第30章 自动化技术(4)

如果让你到菜园子里摘西红柿,你也许会很高兴,看着满园红色的饱满果实,真让人精神振奋。可用不了多久,你就会说:“真是太累人了,我都腰酸背痛了,不干了。”可是劳动模范——机器人看起来却不急不躁,干得津津有味似的。只见他接近果株后,手臂就自动找到红色西红柿,并用手掌抓住西红柿旋转后摘下。在他身后的果筐里已放了满满的西红柿。他除了可以摘西红柿外,还可以被派采收黄瓜、葡萄、橘子、莴苣、白菜、西瓜等蔬果。这种机器人的身上装有传感器。利用传感器,他可以准确地找到果实在哪里,并判断出是否成熟,区分了果实和枝叶后才将果实稳稳地摘下来放进果筐里。在采摘高空果实时,他的手臂可以随意伸缩,真是运用自如。

另外,现在还有一种无人耕耘机,是利用电视摄像机来判别已耕和未耕的土地。如果未耕,他就会主动下地去耕耘。因为他仅从地的外表色状来判断是否已耕过,所以,如果刚下过雨,地又湿,色又深,机器人判断起来就不那么准确了。

当然,机器人还可以帮助我们干许多农活,譬如除草、喷洒农药等。总之,落后于工业机器人几十年的农业机器人已经走进了田间,成为农民的好帮手。

人面机器人

机器人给人的感觉总是面无表情,因为他毕竟是钢铁制成的。尽管他模仿人的某些思维,但表面上却不动声色。机器人也能像人一样微笑吗?回答是肯定的。日本科学家在1996年研制成了会表达感情的机器人。

这是一个“女”机器人。她可以借助于主计算机的提示表达各种情感——快乐、愤怒、悲伤、忧虑、惊奇和憎恶。你也许会说,让一块钢铁来微笑或发怒,真是不可思议。其实,这个特殊的机器人皮肤并不是冷冰冰的钢铁,而是硅。她和人一样有面部肌肉,24块面部肌肉是由铝制成的液压活塞。假如没有了这些面肌,她是很难有什么表情的。

她的眼睛能看人视物。这是由于她眼球后面的微型摄像机给了她视力。

面对着这样一张美丽的面孔,并且会哭会笑,你有什么感想呢?是不是感到她也成了有生命的人呢?

她的发明者原文雄教授说:“我想人面机器人至少是对过去的人机通信方式的一个小小的改进,有朝一日,‘她’也能够讲话。”有了功能更强的计算机,人面机器人就可以和你自由聊天,你喜她也喜,你忧她也忧,真是善解人意的好朋友。

她究竟有什么用处呢?她对医生和专业演员或许用处不小。当你在表达情感,如大笑或微笑有困难时,也许人面机器人能给你示范怎样表达自己的情感。一个东京的美容师更是对她寄予了厚望,想让她成为培养年轻妇女“完美笑容”的最佳教练。

人面机器人说明我们在研制具有人类特征的机器人道路上又前进了一大步。尽管我们一直把这种能思维的机器叫做机器人,但实际上它根本不像人,只是奇形怪状的机器。今后,机器人会变得越来越像人,不仅思维像,而且外形也像,直到有一天,你会分不出哪是真人,哪是机器人,因为他也和人一样衣冠楚楚,举止优雅。

空中机器人

1995年,一些激动的美国人不断给加州爱德华兹空军基地打电话,报告他们在天空中看到了类似飞碟的东西。其实他们隐隐约约看到的东西,根本就不是飞碟,而是一种最新型的空中机器人——无人侦察机,名叫“暗星”。“暗星”是洛克希德马丁公司和波音公司联合研制的。它还有一个合作伙伴“蒂尔Ⅱ+无人机”。它俩互相帮助,协同作战,可使指挥官的视力一下子延伸到数千英里之外。专家们指出,这种装有灵敏传感器的远程无人驾驶侦察机,正在改变全球的军事战略。

无人侦察机何以有这么大的本领,获得如此盛誉?拿破仑的劲敌威灵顿公爵说过:“战争的难题……是猜测山那边的情况。”今天,军事战略家们更是一致认为,信息比火力更重要,而无人侦察机则可称得上为“空中神眼”、“信息使者”。它可以在敌方领土上空执行远程侦察任务,并随时将图像信息传递到己方指挥官那里。这样,我们无需再派遣飞行员冒着生命危险去敌方范围侦察了。

“暗星”不愧为新一代无人驾驶飞行器的代表。它从外形上看起来像一个长了机翼的飞碟。正是这种外形避免反射雷达信号,从而使敌方雷达看不到它。它还穿着能够吸收雷达波的外衣。这样它就成为名副其实的暗星,可称得上“隐身”了。最主要的是,“暗星”可连续飞行4000公里以上,可以从世界上几乎任何地方借助卫星传送电子静止图像。“暗星”每次出去执行任务都要携带一台必不可少的导航计算机,航线已被预先编好存在里面。“暗星”还要利用全球定位系统卫星发出的信息对自己作精确定位,这样就能将图像的准确位置告诉指挥官,并且不会迷路,总能顺利返回。

美国还有一种被称为“食肉动物”的无人驾驶飞机。它能在相对较低的45公里高度飞行,通过雷达收集地面图像。它可以不分昼夜,不分天气地连续作战24小时,因为所带雷达能够穿透雨、雾和云层湿气。

现代战争已不是战士体力的较量,而是军事战略家们智慧与高科技的较量,像“暗星”、“食肉动物”这类空中机器人将发挥重要的作用。有朝一日,说不定真会出现机器人大战呢?

遥控机器人

你玩过带遥控的电子玩具吗?遥控是指人们利用必要的通信和控制设备,通过通信线路,对远处的对象进行控制。

早在20世纪40年代,美国等国家在核技术领域开始应用“遥控”的操纵机械手,这种遥控装置比起现代的遥控装置来说要简单得多。现代遥控技术的发展受益于通信技术和计算机技术的发展,微波、光纤、卫星和因特网等通信技术使遥控技术克服了距离上的限制而变得更加成熟,也为机器人不断拓展应用领域提供了意大利的SMT—I型遥控机器人先进的控制方法。

大家知道,在自然界、工程领域,甚至在生活中,有许多事情人类尚难直接去完成,需要凭借机器人的特点和长处,靠机器人助一臂之力。由于研制开发完全独立自主且能完成复杂工作的智能机器人在技术上比较困难,研究经费也非常昂贵,采用遥控技术与智能控制技术相结合是非常实用和有效的。70年代后期,各种遥控机器人纷纷亮相,并开始被专家和用户接受,于是也就有了“遥控机器人”这一专用名词。

一个复杂的遥控机器人通常至少由五大部分组成:操作器和传感器、联接遥控回路的远地计算机、通信网络、联接本地回路的本地计算机、控制终端。操作人员可以在远离操作现场的工作室里,通过控制终端接收机器人反馈的信息,并进行监控,还可以通过本地计算机发出指令,通过通信网络传送给远地计算机,再由远地计算机控制机器人执行各种任务。人们再也不用担心无法控制远在天边的机器人。

现在在核工业领域,已比较多地运用遥控机器人处理燃料了。机器人的视觉系统、机械手、移动系统都在工作人员的遥控之下,因此它们在工场中能“行走自如”,能像人一样准确达到工作位置,进行检测和修理;在军事领域,已经采用先进的“临场遥感控技术”,通过对机器人发回的信息作某种加工处理,使执行操作的官兵有身临其境之感,更易准确地作出判断和操纵。我国也已研制出遥控的爬壁检测和修理机器人、水下作业机器人等,其中水下作业机器人的设计、制造水平在国际上是比较先进的。

智能机器人

智能机器人又称第三代机器人,它充分应用了当代发展最快的计算机技术、传感器技术和人工智能技术及其他的高新技术成果,进一步扩展了机器人的功能。因此可以说,智能机器人是一种更接近人类的智能化机械,也是集机械学、计算机科学、控制工程、人工智能、微电子技术、光学、传感技术、材料科学和仿生学于一体的高科技产品。

智能机器人的特点就是能自主判断和决策,它能够排除人为的不可控制的因素,做人事先没有在程序中设定的工作。一般来说智能机器人至少具备以下四种功能:运动功能、感知功能、思维功能和人-机交互功能。这些功能都是人类最基本的功能,这些功能的作用,构成了人类“智能”特点。例如:灵活的运动机构就像人具有手、脚一样,能使机器人自如地运动;而感知的功能是靠装在机器人有关部位的各类传感器来实现的,它们像人的眼、耳和其他感官一样能接收来自外界的信息;人-机的交互系统就相当于人的嘴一样,凭借它与人交换信息。人类最重要的“智能”特征就是具有思维、综合、归纳和判断能力,这些能力都是由人的大脑赋予的,智能机器人则依靠高性能的计算机提供这些功能。如果我们解剖一个智能机器人,可以看到它有一个装着许多计算机软件和硬件的“大脑”,它们要处理来自机器人内部和外部的大量信息,要对这些信息及时作出识别,修正控制方案和实施管理,并要指挥机器人正确行动。这就要求计算机具有很强的处理能力。

智能机器人的研制是从20世纪60年代末、70年代初在美国开始的,当还处于实验室阶段的成果得到报道以后,引起了全世界的极大关注。日本很快研制出具有“眼-手协调功能”的装配机器人,它能够看清图纸和区分零件,它的手臂带有触觉传感器,能灵巧地进行印刷板的检查、元器件的安装等工作,其工作的效率和质量远远超过了工人。以后美国花了很长时间研制一种无人驾驶汽车,它依靠本身感觉来识别环境、决策和行动,能在任何野外复杂的地况下自动行走。这种技术被认为是具有较高“智能化”的智能机器人技术。