机器人的“燃料”手臂

朱　蒂

在常见的美国大片中，机器人都力大无穷，有着取之不尽的能量。近年来，电脑动画堆砌出了华丽的大片——《变形金刚》。在电影中，变形机器人伸手扫开汽车和卡车，就像随手挥开烤肉上盘旋的虫子一样容易；与此同时，它还能毫不费力地追赶上四处逃跑的人们。与机器人相比，人类显得多么渺小和无能为力。

不过，这种“影院物理”在真实世界却是行不通的。在真实世界里，即使最先进的人形机器人也远逊于它们想要效仿的人类。举例来说，本田的P3型机器人重129公斤，身高1.6米，是个虚弱得可怜的矮胖子，行走速度仅为每小时2公里。美国范德堡大学的机械工程教授迈克尔·戈德法布解释，机器人行动不便的最大原因在于，机器人本身配备的电池重达30公斤，而且充一次电只能维持20分钟。

近10年来，戈德法布一直在研究高储能方法来为人形机器人提供能源，现在他也许找到了一种解决办法：火箭燃料。他和他的学生研制了一个仿真义肢(燃料型机器手臂)，这个仿真义肢具有普通电池难望项背的性能。

利用航天工业中常用的过氧化氢推进剂与小剂量镀铱铝(一种催化剂)混合后产生巨大反应的原理，戈德法布实验室里的燃料型机器手臂可以克服重达11公斤的阻力(其释放出相当于原体积200倍的蒸汽，足以支持一套气动装置来控制关节的开合)。戈德法布承认，这还远不能与人类相比，但供能系统超过普通电池的10倍有余。而且，当推进剂消耗完后，换个盒子也很容易，不过几分钟而已。

燃料型机器手臂不仅能做普通义肢的工作，而且更为仿真。目前，市场上的机械义肢只有两个关节；而戈德法布发明的却有21个关节，可以模仿人手的运动方式，好比靠近指尖部位的两个关节总是一前一后依次运动一样，也可以自由运动。戈德法布说：“大自然早就知道，仅靠一个关节的运动是完全没有多大作用的。”

戈德法布是通过一种外骨骼技术来控制实验样机的，即使用者将外骨骼装置套在手臂上，机器手臂就会模仿人手的运动(手指部分由控制杆操作)，可以实现距离和速度的操作。他的学生用这个手臂抓起了一个易碎的灯泡，还从盒子里抽出一张纸巾，这都显示了该装置精准的协调性。

戈德法布也谈到，有些研究人员正在着手人造皮肤的研究(外表看似和断肢者原来的肤色相同)，他们试图通过人造皮肤将机器手臂产生的水蒸气挥发出去，即通过内层(吸收层)将水蒸气收集，然后通过充满气孔的外层(人造皮肤)挥发出去，就好像真的肢体出汗一样。戈德法布说：“人造手臂的‘出汗量和一个人工作后的出汗量大致相同。”

戈德法布同时还在研制人造下肢以及一台六足探测机器人，用的都是相同的动力技术。戈德法布是应美国国防部下属的国防高等研究计划局(OARPA)的要求研制燃料型机器手臂的，这是一项整体研究计划中的一部分，最终目标是发明一种可以自我维护、运行自如的仿真手臂，与人类的神经系统相连接。DARPA希望2005年开始的这个“完美义肢”项目，能够为战斗中失去肢体的士兵们提供近乎完美的肢体，争取在2009年获得美国食品与药品管理局(FDA)的批准。

戈德法布说，目前，他的实验室还没有开展人造手臂与人类神经系统连接的研究，但犹他大学、加州理工大学、约翰·霍普金斯大学以及芝加哥康复中心的研究人员正在进行这方面的尝试，包括通过芯片解读大脑发出的电子信号，再转换成义肢能够接收的无线信号。

相信在不久的将来，这些机器人的“燃料”手臂会给残疾人带来意想不到的惊喜。