軍事機器人

沈臻懿

《星球大戰(zhàn)》《終結者》《第九區(qū)》《人工智能》等科幻大片中所展現(xiàn)出的機器人作戰(zhàn)畫面，早已給人留下了深刻印象。不過，前述場景已不僅僅只存在于科幻影視之中。新型軍事機器人作為未來戰(zhàn)爭發(fā)展的趨勢之一，已有諸多新近研發(fā)的軍事機器人與無人平臺被投放于真實戰(zhàn)場，并替代士兵執(zhí)行了搜索、偵察、布雷、排爆、支援，乃至直接作戰(zhàn)等核心任務。據報道，美國正考慮在未來的若干年中將其陸軍旅戰(zhàn)斗隊的人數規(guī)模從4000人縮減為3000人，被精簡的士兵配置則以機器人及無人平臺代替，從而實現(xiàn)“更為精銳、規(guī)模更小，可靈活部署的戰(zhàn)斗部隊”的轉型。

近些年來，信息技術及人工智能的突發(fā)猛進，部分國家開始組建專門的機器人部隊。一些機器人已被用于在戰(zhàn)場上執(zhí)行偵察與保障任務，并替代士兵進行巡邏和排爆。據專業(yè)人士預測，目前機器人的成本僅僅只有作戰(zhàn)士兵的十分之一。利用其替代人類在戰(zhàn)場上進行作戰(zhàn)，將會在若干年后成為現(xiàn)實。

“劍式”機器人

美國五角大樓認為，輕型地面軍用機器人在美軍機器人裝備領域中占有重要地位。美國軍方對于輕型地面軍用機器人的研發(fā)涉及作戰(zhàn)、偵察與后勤補給等諸多層面。經過多年在阿富汗與伊拉克戰(zhàn)爭中的實戰(zhàn)經歷，美軍已充分意識到，輕型地面軍用機器人在反恐戰(zhàn)爭中具有的顯著作用：既可替代士兵執(zhí)行高風險的作戰(zhàn)任務，還可避免作戰(zhàn)人員的現(xiàn)實傷亡。為此，一款名為“劍式”（SWORDS）武裝機器人已被美軍用于伊拉克戰(zhàn)場之上。

“劍式”機器人是美國福斯特-米勒公司（Foster-Miller）研發(fā)的一款遠距離遙控操作型物證機器人，也是美國陸軍在伊拉克戰(zhàn)場上首次使用的武裝機器人。“劍式”機器人的前身為美軍大名鼎鼎的“魔爪”機器人（Talon）。自問世以來，美國軍方已陸續(xù)采購了3000多臺，主要用于伊拉克與阿富汗戰(zhàn)場上的爆炸物排除。從設計功能而言，“魔爪”機器人可執(zhí)行爆炸裝置拆除、危險品探測、無人偵察以及戰(zhàn)術支援等任務。美軍在初次使用“魔爪”機器人執(zhí)行偵察任務時，就曾探測出致命化學與放射性物質。未來戰(zhàn)爭模式的變革，使得美國軍方不僅要求輕型地面軍用機器人能夠滿足在復雜和危險地形執(zhí)行偵察、爬行、搜索、排除爆炸裝置與布雷的任務，亦要求輕型地面軍用機器人能夠通過加裝武器模塊來實現(xiàn)對敵精確打擊與火力支援，以滿足不同作戰(zhàn)所需。為此，美國福斯特-米勒公司在“魔爪”機器人的平臺基礎上進行升級與改進，進而形成了加裝有武器系統(tǒng)的“劍式”機器人。

全稱為“觀察、偵察與探測特種武器遙控直接行動系統(tǒng)”的“劍式”機器人作為“魔爪”機器人的改進款，高0.9米，最大時速9千米/小時。其武器系統(tǒng)裝備有5.56毫米口徑的M249機槍，或者7.62毫米口徑的M240機槍，平均每分鐘能夠發(fā)射出1000發(fā)子彈。另可加裝M16系列突擊步槍與M202-A16毫米榴彈發(fā)射器。“劍式”武裝機器人的射擊命中率極高，可持續(xù)不斷地向敵方發(fā)射數百發(fā)子彈與榴彈作為火力壓制。該款武裝機器人采用的地盤及移動裝置，使其能夠輕松通過巖石瓦礫、樓梯過道以及鐵絲障礙網，即使是身處河水以及雪地環(huán)境下亦可行動自如。除武器系統(tǒng)外，每臺“劍式”機器人加載有四個攝像探頭以及夜視鏡、變焦裝置等裝備，能夠確保其實現(xiàn)全天候的偵察與作戰(zhàn)。這一機器人采用電池供電形式，一次充滿電后可維持四小時的正常運作。操控士兵在使用這款武裝機器人時，最遠可在1000米距離進行遙控操作，以最大限度地保障自身安全。

美軍在實戰(zhàn)應用中發(fā)現(xiàn)，這款造價為20萬美元的“劍式”武裝機器人對于隱藏在房屋內的武裝分子清剿極為有效，且可大大降低作戰(zhàn)士兵在城市巷戰(zhàn)中的傷亡概率。操控士兵可以從大門、窗戶等通道處將該機器人拋入，隨后利用其自身攜帶的探測裝置對屋內環(huán)境進行偵察。一旦發(fā)現(xiàn)敵方目標，即可動用武器裝備射擊，并將敵方武裝人員擊斃。不過，“劍式”武裝機器人剛部署至伊拉克戰(zhàn)場時，也曾鬧出過一場不大不小的“烏龍事件”。當時，由三臺“劍式”組成的武裝機器人小隊尚未開出一槍，即從戰(zhàn)場上被撤回。美國陸軍地面部隊官員雖未對“劍式”武裝機器人尚未參加實際作戰(zhàn)即被撤回的具體原因作出詳細解釋，但其同時表示，這些武裝機器人所搭載的槍支在操控者尚未發(fā)出指令時就已發(fā)生移動。換言之，“劍式”武裝機器人在轉向時移動到了錯誤的方向。這一“烏龍事件”雖未造成人員傷亡，但存在有誤傷友軍的現(xiàn)實風險。火力強大的“劍式”武裝機器人，加之操控一般均在1000米外進行遙控，一旦發(fā)生誤判事件，即有可能造成相當嚴重的后果。可見，諸如“劍式”等輕型地面武裝機器人如想在未來戰(zhàn)場上完全替代作戰(zhàn)士兵的全部功能，其仍面臨著諸多現(xiàn)實問題有待改進。

“大狗”機器人

戰(zhàn)場環(huán)境下，作戰(zhàn)士兵是否一次攜帶更多的武器彈藥與補給，往往是保障其作戰(zhàn)能力的一大關鍵要素。不過，士兵隨身攜帶的裝備與給養(yǎng)畢竟有限，如負重過多，亦會大大消耗其體力，并影響作戰(zhàn)的機動性。為此，美國波士頓動力學工程公司專門為美軍設計并研發(fā)了一款形似機械犬的四足機器人。該款機器人稱為“大狗”（Bigdog），與以往某些軍事機器人不同的是，“大狗”并不依賴于履帶或輪子前行，其行進方式依賴于“軀干”之下的四條“金屬腿”。這一仿生裝置完全模仿動物的四肢來進行設計。在每條“金屬腿”內，研發(fā)人員都安裝有特殊的避震裝置，以減少其在崎嶇地形上行走或奔跑所帶來的震動。“大狗”地面機器人長1米，高0.7米，重量達75千克，其設計體型與大型犬相當。

這一新型軍事機器人研發(fā)后，美軍已準備將其投放至阿富汗戰(zhàn)場，以測試該款機器人的高機動性能。“大狗”機器人的動力系統(tǒng)來源于體內裝載的一部帶有液壓裝置的汽油發(fā)動機，這使得其在戰(zhàn)場上能夠發(fā)揮極為重要的作用，不僅能夠行走與奔跑，亦可逾越一定高度的障礙物。“大狗”作為一臺可四足行走的地面機器人，可以在崎嶇地形上搭載154千克的負重。其不僅可跋山涉水，且在崎嶇地形上的行進速度也遠超過人類，因而能在交通不便地區(qū)為作戰(zhàn)士兵背負并運送彈藥、給養(yǎng)以及其他物品。

“大狗”機器人在行進時，依靠液壓馬達提供動力。其內置的計算機可以根據歷史運動數據與測距數據來推斷當前地形的崎嶇程度，并根據環(huán)境變化來調整自身的行走姿態(tài)。根據測試數據，“大狗”機器人可以每小時近7千米的速度前行，并攀爬最多達35度傾斜的斜坡。即使是在摩擦力極小的冰面以及碎石堆、雪地、泥地上行走，皆可保持平衡之狀態(tài)。根據設計模式，“大狗”機器人既可按照事先設定好的簡單路線行進，亦可由操控人員對其進行遠程遙控。“大狗”地面機器人所載有的大量傳感器，能夠保證操控人員隨時追蹤“大狗”所處的位置，并掌握其反饋的信息，且對其系統(tǒng)狀況進行實時監(jiān)控。無論是基于預先設定路線，抑或遠程遙控方式，“大狗”地面機器人均能夠自覺而又精準地跟隨作戰(zhàn)士兵沿著既定路線行動，并幫助士兵背負武器、裝備、物資以及各項輜重。美國軍方稱，“大狗”是當前世界上最為先進的能夠適應崎嶇地形的地面機器人。

仿生機器魚

長期以來，美國海軍都有一支引以為傲的海豚部隊。該部隊及其“海豚士兵”的歷史，最早可以追溯至上世紀50年代。美國海軍利用海豚所擁有的水聲測位能力以及較高的智力水平，專門訓練其用以水面及海域的探雷及排雷任務。但在未來幾年中，美國海軍海豚部隊中的“海豚士兵”可能面臨著丟掉“飯碗”的現(xiàn)實狀況。而這一切則源于美國海軍采用仿生機器魚執(zhí)行探雷偵察任務的專門計劃。

目前，美國海軍擁有80頭經過專門訓練的寬吻海豚。但到2017年時，其中的24頭將會失去原有工作。替代這24頭“海豚士兵”的，則是一臺長約1.2米的魚形潛航機器人。據美國海軍稱，這些魚形潛水器可以完成部分與“海豚士兵”相同的工作，且其工業(yè)流水線的制造速度較快，不像海豚士兵的訓練周期通常需要七年。

當前，美國海軍正在測試的這款安靜型的仿生無人潛航器由其作戰(zhàn)部長快速創(chuàng)新單位（CRIC）負責研發(fā)。CRIC是由美國海軍作戰(zhàn)部長喬納森·格林納特上將（Jonathan W. Greenert）于2012年成立，其主要任務即是探索如何將民用、商用技術快速轉化并應用于軍事用途，從而為其海軍服務。該款仿生機器人因與海底魚類非常相像而難以被分辨，主要可作為戰(zhàn)場傳感器來執(zhí)行探測等任務。

據美國海軍作戰(zhàn)發(fā)展司令部概念和創(chuàng)新部門負責人介紹，這種簡稱為UUV的無人仿生潛航器由位于馬薩諸塞州的波士頓工程公司所研制。其外形非常像魚類，因而也被海軍稱為“機器魚”。這一機器人最大的特點，就是在其動力方面完全借鑒了仿生學原理。UUV并不依賴于噴水推進器或者螺旋槳作為動力，而是完全像魚類一樣依靠擺動其“尾巴”在水中前行。

前述仿生設計使得魚形機器人的操縱也極為靈活，且可在短時間內將其行進速度提升至40節(jié)。由于采用“尾巴”擺動的形式行進，因而該機器人可以保持較高的推進效率以及靜音“游動”。同時，該款魚形機器人可以攜帶有多種有效載荷，譬如水下攝像機、聲學傳感器等，以滿足其執(zhí)行不同任務所需。

魚形機器人配備鋰離子電池作為其動力來源，通常其電池能夠保證機器人在水下游弋數天甚至數周，并可與當地海洋生物環(huán)境完全融入。考慮到魚類生物在水下游動時，其頭部往往是最為穩(wěn)定的。因此在仿生設計時亦將有效載荷裝載于魚形機器人頭部位置，以發(fā)揮各類傳感器的最佳性能，并提高其工作穩(wěn)定性。根據魚形機器人的設計目的，其可以用于對港口、艦船以及潛艇進行長期監(jiān)視，或者專門執(zhí)行探雷與排雷任務。

仿生機器蒼蠅

無處不在的蒼蠅看似微不足道，甚至不受人所待見，卻是世界上最為頂尖的飛行高手之一。蒼蠅在空中能夠做出極為靈巧且迅速的飛行動作。譬如，人們用蒼蠅拍對其進行擊打時，蒼蠅往往可以在拍子落下前一刻靈敏地予以躲閃。目前，不少科學家已從看似微不足道的蒼蠅中，看到了其在軍事仿生領域中的特殊作用。

“一只蒼蠅揮舞著發(fā)出輕微嗡嗡聲的翅膀飛向敵方指揮中心，并隨時將監(jiān)視到的信息傳回本方操控人員。”這樣的畫面似乎僅存在于科幻影視之中，不過當前已有科學家表示，其已經研制出可以勝任前述任務的仿生機器蒼蠅，并已處于測試階段。

美國陸軍研究實驗所（ARL）的一支專業(yè)團隊稱，目前其已在實驗室環(huán)境下復制了蒼蠅的飛行模式。為此，該團隊專門制作了一對僅有3毫米長的機器翅膀，并用其創(chuàng)造升力，使得機器蒼蠅能夠真正地飛起來。該款翅膀由一種名為鋯鈦酸鉛（PZT）的特殊材料制成。其一旦被通電后，翅膀就會拍打和彎曲。

此外，哈佛大學的一支專業(yè)團隊也歷經十年的研究，開發(fā)出了一款機器蒼蠅。該款機器蒼蠅的主體部分由碳纖維所制成，其翼展為3厘米，而體重僅有80毫克。機器蒼蠅在飛行時，其振翅頻率接近于真的蒼蠅，為每秒120次。人們用肉眼幾乎無法看清機器蒼蠅的振翅活動。此外，機器蒼蠅還可在空中盤旋，并能沿著設計好的路線進行加速飛行。在實驗室環(huán)境下的測試中，機器蒼蠅已展現(xiàn)出較為穩(wěn)定與可控的飛行性能。

不過，要想研制出這么一款大小近似真蒼蠅的仿生機器人實屬不易。首先，該機器人使用的動力驅動電源就是一大難關。目前最輕的電源也有0.5克之重，是機器蒼蠅體重的數倍之多。因此，研究人員只能使用一根超輕銅線對機器蒼蠅進行供電。此外，機器蒼蠅的一對超輕、超薄翅膀，也需使用特殊材料制成，以便于能夠將外加電壓轉變?yōu)闄C械應力。

客觀而言，機械蒼蠅的應用前景也較為廣泛。其可以在狹小空間內自由飛行的特性，令機械蒼蠅既可以應用于搶險救災，在人員暫時難以直接進入的狹小空間進行搜尋任務，在遍布有毒化學氣體的工程內檢查專門管道，又可在植被茂密的森林、山區(qū)搜索隱藏在內的恐怖分子，亦可充當起專門的間諜、特工，并能準確擊中敵方要害。誰又能想到，眼前一直嗡嗡作響的蒼蠅，其實就是一雙無處不在的監(jiān)視眼睛。恐怖分子的一舉一動，都在這雙眼睛的注視之下，并為反恐人員所掌握……

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com