21世紀是信息化建設的年代,信息技術的廣泛應用、智能仿真的迅猛發展,給人類社會的發展和進步提供了嶄新的舞臺。正當人們津津有味關注朝核六方會談、伊拉克戰后重建現狀、伊朗核問題以及以巴之間領土爭端矛盾等國際重大局勢時,是否意識到納米技術、智能仿真、微波探測等邊緣高端科技已悄然在身邊出現。
從電視新聞、報刊中,我們不時可以發現一些關于智能仿真技術應用——機器人的報道:某國研制出了機器人,主要用于野外勘探作業;某機構引進了機器人,主要用于反恐排雷任務等。大家對機器人的理解往往是局限于其體積過于龐大、行動過于笨拙,這是由于機器人的視覺傳感器、機械傳感器和反應模塊不靈敏引起的,而指揮機器人動作的“大腦”——信息處理器無法及時判斷、處理有關信息,也是造成機器人行動笨拙的另一個重要原因,更體現出傳統機器人在設計上的缺陷和在技術上的不成熟。為了解決這些難題,世界各國科學家一直試圖通過對自然界生物生理及其運動的研究,尋找解決的方案。
機器人研究微型化的“瓶頸”問題有突破
法國科學家另辟蹊徑走了一條新的研究之路,他們擺脫傳統設計的思維方式,把機器人設計的理念對象定位于蒼蠅身上。說到這,或許會有些出人意料,誰會想到惹人討厭的蒼蠅正為人類設計新一代機器人提供著重要的科學參考依據。小小的蒼蠅身上到底有什么樣的“高科技”值得如此去關注?經過科學家的研究,蒼蠅身上有敏感的“反應器”、“傳感器”和“處理器”,如神經、肌肉感應器官、信息反饋循環和調節控制系統等。科學家發現,當蒼蠅做直線飛行時,它所看到的只是平面二維空間,簡化了大腦要處理的信息量;只有當它轉彎時,才會處理“距離和方位”這個三維空間信息,以免撞上障礙物。這一問題的揭示,解開了蒼蠅如何憑著小信息量的處理而自如飛行和在高速飛行時不會撞上障礙物的秘密,啟發了科學家研制新一代機器人的思路。
“蒼蠅機器人”研究的發展狀況有躍升
法國科學家按照蒼蠅的比例制造出一個重達10千克的“蒼蠅機器人”,這個機器人有一雙如同蒼蠅一般由100個透鏡構成的復眼。傳統機器人依賴的是數據模擬信號的處理,它們通過攝像機等感應裝置靠捕捉到周圍情況后,把得到的三維空間數據形成模擬信號傳輸到一個存儲器中,通過計算機的處理,把這些新信息跟以前輸入其中的信息對照比較并進行處理,再根據處理后的結果做出判斷和行動。而仿照蒼蠅的新一代機器人則完全不同,最大的不同之處在于它“大腦”的信息處理方式。人們從蒼蠅身上學到最重要的一點就是如何簡化對周圍情況判斷的處理方式,減少不必要的信息處理量,盡可能利用最少的能源、最快的時間來處理傳感器信號,并進行機械反應。比如,蒼蠅在做轉彎動作時,它只處理與轉彎有關的距離和方位信息,而省略了其他信息的處理;當它進行其他動作時,也只處理與該動作有關的相關信息,因此它處理問題速度快、動作反應及時。按照這樣的設計模式,新一代機器人具備了這種特殊的本領,所以它無需雷達、紅外探測儀和攝像機等笨重的附件,從而大大減少了自身的重量,提高了動作的靈活性。
美國加州大學伯克利分校研制出的“蒼蠅機器人”大約相當于一個蜜餞的大小,其翼展只有3厘米,重量約300毫克,就像是微型機器人群中的“雛鷹”。研究人員模仿果蠅的體形,制作了薄翼“翅膀”這個小型機械裝置,它能夠每秒鐘數百次地拍打和進行方向微調,保持了其飛行的持續和滯空狀態,并實現了第一次有限的飛行。雖然只飛行了 30厘米,但這是迄今為止利用翅膀進行飛行動作的最小的機器人。這個項目的研究證實,在微型的“蒼蠅機器人”試驗中,傳統保持飛機升力的航空動力學原理完全不適用于“蒼蠅機器人”的飛行應用,研究人員必須了解熟悉微型航空動力學、微型機械系統設計學和微型機械制作的方法,這也為該領域研究的深入展開鋪平了道路。
而英國科學家也在秘密研制一種體積輕巧的“蒼蠅機器人”,這種高度自動化的“蒼蠅機器人”由電池驅動,與只適用于戶外飛行的傳統無人駕駛飛行器不同,它可以在地形狹窄而復雜的空間內自由飛行,比如建筑物、樓道、隧道以及洞穴等。該項目得到了多方面的資金贊助,其中包括英國國防部、美國軍方以及美國航天局。據悉,領導這一高科技開發項目的是英國名校克蘭菲爾德大學防務管理和技術學院的拉法爾·茲比科斯基教授,目前該課題組已經研制出僅適用于地面任務的初級版“蒼蠅機器人”,雖然它還不具備試驗飛行能力,但在翅膀振動時發出的聲音和蒼蠅一樣。預計10年之內,世界上第一架可自由翱翔的“蒼蠅機器人”將從他的實驗室飛出。
蒼蠅——天生空氣動力學家有“戰斗”
科學家之所以要以蒼蠅為仿生對象,是因為它是地球上最有天賦的空氣動力學家。比如,一只小小的家蠅能表演各式各樣的耍酷動作,可以在空中盤旋、直上直下、翻筋斗、向后飛、停在天花板上,還可以在1秒內轉彎達6次。而堪稱天下無敵的食蚜蠅則更牛,它們能夠定點盤旋,從盤旋點往前沖到另一個點,再分毫不差地飛回原來盤旋的地方。別看“蒼蠅機器人”體積小巧,用途卻十分廣泛,比如在敵占區對敵人陣地實施偵察;在茂密的山區搜捕隱藏的恐怖分子;在廢墟成片的災區中搜救幸存人員,并對災害損失進行評估;在有毒化學品密布的工廠檢查生產管道;在人跡罕至的礦區尋找礦脈;等等。英國軍方希望,拉法爾教授研制的這種“蒼蠅機器人”能夠在危急關頭,充當刺探敵方軍情的間諜角色;同樣對此表示濃厚興趣的還有美國軍方,他們希望“蒼蠅機器人”能夠快速尋找到恐怖分子放置的微量爆炸物,或作為一種智能型攻擊武器,用于摧毀某些確定的和一些不必通過轟炸來摧毀的目標,而且“蒼蠅機器人”在執行任務時不會引起太多的注意。“蒼蠅機器人”作為一種終極智能武器,它的高明之處在于可以快速準確地摧毀敵方特定目標或進行“點穴”、“斬首”行動,比如一臺中樞電腦或最高指揮官,從而在不炸毀敵人全部設施的前提下,令其陷入徹底癱瘓。