機器人的“燃料”手臂

朱蒂

在常見的美國大片中，機器人都力大無窮，有著用之不盡的能量。近年來，電腦動畫堆砌出了華麗的大片——《變形金剛》。在電影中，變形機器人伸手掃開汽車和卡車，就像隨手揮開烤肉上盤旋的蟲子一樣容易；與此同時，它還能毫不費力地追趕上四處逃跑的人們。與機器人相比，人類顯得多么渺小和無能為力。

不過，這種“影院物理”在真實世界卻是行不通的。在真實世界里，即使最先進的人形機器人也遠遜于它們想要效仿的人類。舉例來說，本田的P3型機器人重129公斤，身高1.6米，是個虛弱得可憐的矮胖子，行走速度僅為每小時2公里。美國范德堡大學的機械工程教授邁克爾·戈德法布解釋，機器人行動不便的最大原因在于，機器人本身配備的電池重達30公斤，而且充一次電只能維持20分鐘。

近10年來，戈德法布一直在研究高儲能方法來為人形機器人提供能源，現在他也許找到了一種解決辦法：火箭燃料。他和他的學生研制了一個仿真義肢（燃料型機器手臂），這個仿真義肢具有普通電池難望項背的性能。

利用航天工業中常用的過氧化氫推進劑與小劑量鍍銥鋁（一種催化劑）混合后產生巨大反應的原理，戈德法布實驗室里的燃料型機器手臂可以克服重達11公斤的阻力（其釋放出相當于原體積200倍的蒸汽，足以支持一套氣動裝置來控制關節的開合）。戈德法布承認，這還遠不能與人類相比，但供能系統超過普通電池的10倍有余。而且，當推進劑消耗完后，換個盒子也很容易，不過幾分鐘而已。

燃料型機器手臂不僅能做普通義肢的工作，而且更為仿真。目前，市場上的機械義肢只有兩個關節；而戈德法布發明的卻有21個關節，可以模仿人手的運動方式，好比靠近指尖部位的兩個關節總是一前一后依次運動一樣，也可以自由運動。戈德法布說：“大自然早就知道，僅靠一個關節的運動是完全沒有多大作用的?！?/p>

戈德法布是通過一種外骨骼技術來控制實驗樣機的，即使用者將外骨骼裝置套在手臂上，機器手臂就會模仿人手的運動（手指部分由控制桿操作），可以實現距離和速度的操作。他的學生用這個手臂抓起了一個易碎的燈泡，還從盒子里抽出一張紙巾，這都顯示了該裝置精準的協調性。

戈德法布也談到，有些研究人員正在著手人造皮膚的研究（外表看似和斷肢者原來的膚色相同），他們試圖通過人造皮膚將機器手臂產生的水蒸氣揮發出去，即通過內層（吸收層）將水蒸氣收集，然后通過充滿氣孔的外層（人造皮膚）揮發出去，就好像真的肢體出汗一樣。戈德法布說：“人造手臂的‘出汗量和一個人工作后的出汗量大致相同?！?/p>

戈德法布同時還在研制人造下肢以及一臺六足探測機器人，用的都是相同的動力技術。戈德法布是應美國國防部下屬的國防高等研究計劃局（OARPA）的要求研制燃料型機器手臂的，這是一項整體研究計劃中的一部分，最終目標是發明一種可以自我維護、運行自如的仿真手臂，與人類的神經系統相連接。DARPA 2006年開始了這個“完美義肢”項目，旨在幫助截肢患者為他們提供近乎完美的肢體?，F在，食品藥品監督管理局（FDA）批準了其中一個項目開發出的一款名為DEKA的義肢。

戈德法布說，目前，他的實驗室還沒有開展人造手臂與人類神經系統連接的研究，而猶他大學、加州理工大學、約翰·霍普金斯大學以及芝加哥康復中心的研究人員進行了這方面的嘗試，包括通過芯片解讀大腦發出的電子信號，再轉換成義肢能夠接收的無線信號。

相信在不久的將來，這些機器人的“燃料”手臂會給殘疾人帶來意想不到的驚喜。endprint