21世纪是信息化建设的年代,信息技术的广泛应用、智能仿真的迅猛发展,给人类社会的发展和进步提供了崭新的舞台。正当人们津津有味关注朝核六方会谈、伊拉克战后重建现状、伊朗核问题以及以巴之间领土争端矛盾等国际重大局势时,是否意识到纳米技术、智能仿真、微波探测等边缘高端科技已悄然在身边出现。
从电视新闻、报刊中,我们不时可以发现一些关于智能仿真技术应用――机器人的报道:某国研制出了机器人,主要用于野外勘探作业;某机构引进了机器人,主要用于反恐排雷任务等。大家对机器人的理解往往是局限于其体积过于庞大、行动过于笨拙,这是由于机器人的视觉传感器、机械传感器和反应模块不灵敏引起的,而指挥机器人动作的“大脑”――信息处理器无法及时判断、处理有关信息,也是造成机器人行动笨拙的另一个重要原因,更体现出传统机器人在设计上的缺陷和在技术上的不成熟。为了解决这些难题,世界各国科学家一直试***通过对自然界生物生理及其运动的研究,寻找解决的方案。
机器人研究微型化的“瓶颈”问题有突破
法国科学家另辟蹊径走了一条新的研究之路,他们摆脱传统设计的思维方式,把机器人设计的理念对象定位于苍蝇身上。说到这,或许会有些出人意料,谁会想到惹人讨厌的苍蝇正为人类设计新一代机器人提供着重要的科学参考依据。小小的苍蝇身上到底有什么样的“高科技”值得如此去关注?经过科学家的研究,苍蝇身上有敏感的“反应器”、“传感器”和“处理器”,如神经、肌肉感应器官、信息反馈循环和调节控制系统等。科学家发现,当苍蝇做直线飞行时,它所看到的只是平面二维空间,简化了大脑要处理的信息量;只有当它转弯时,才会处理“距离和方位”这个三维空间信息,以免撞上障碍物。这一问题的揭示,解开了苍蝇如何凭着小信息量的处理而自如飞行和在高速飞行时不会撞上障碍物的秘密,启发了科学家研制新一代机器人的思路。
“苍蝇机器人”研究的发展状况有跃升
法国科学家按照苍蝇的比例制造出一个重达10千克的“苍蝇机器人”,这个机器人有一双如同苍蝇一般由100个透镜构成的复眼。传统机器人依赖的是数据模拟信号的处理,它们通过摄像机等感应装置靠捕捉到周围情况后,把得到的三维空间数据形成模拟信号传输到一个存储器中,通过计算机的处理,把这些新信息跟以前输入其中的信息对照比较并进行处理,再根据处理后的结果做出判断和行动。而仿照苍蝇的新一代机器人则完全不同,最大的不同之处在于它“大脑”的信息处理方式。人们从苍蝇身上学到最重要的一点就是如何简化对周围情况判断的处理方式,减少不必要的信息处理量,尽可能利用最少的能源、最快的时间来处理传感器信号,并进行机械反应。比如,苍蝇在做转弯动作时,它只处理与转弯有关的距离和方位信息,而省略了其他信息的处理;当它进行其他动作时,也只处理与该动作有关的相关信息,因此它处理问题速度快、动作反应及时。按照这样的设计模式,新一代机器人具备了这种特殊的本领,所以它无需雷达、红外探测仪和摄像机等笨重的附件,从而大大减少了自身的重量,提高了动作的灵活性。
美国加州大学伯克利分校研制出的“苍蝇机器人”大约相当于一个蜜饯的大小,其翼展只有3厘米,重量约300毫克,就像是微型机器人群中的“雏鹰”。研究人员模仿果蝇的体形,制作了薄翼“翅膀”这个小型机械装置,它能够每秒钟数百次地拍打和进行方向微调,保持了其飞行的持续和滞空状态,并实现了第一次有限的飞行。虽然只飞行了 30厘米,但这是迄今为止利用翅膀进行飞行动作的最小的机器人。这个项目的研究证实,在微型的“苍蝇机器人”试验中,传统保持飞机升力的航空动力学原理完全不适用于“苍蝇机器人”的飞行应用,研究人员必须了解熟悉微型航空动力学、微型机械系统设计学和微型机械制作的方法,这也为该领域研究的深入展开铺平了道路。
而英国科学家也在秘密研制一种体积轻巧的“苍蝇机器人”,这种高度自动化的“苍蝇机器人”由电池驱动,与只适用于户外飞行的传统无人驾驶飞行器不同,它可以在地形狭窄而复杂的空间内自由飞行,比如建筑物、楼道、隧道以及洞穴等。该项目得到了多方面的资金赞助,其中包括英国***、美国***方以及美国航天局。据悉,领导这一高科技开发项目的是英国名校克兰菲尔德大学防务管理和技术学院的拉法尔・兹比科斯基教授,目前该课题组已经研制出仅适用于地面任务的初级版“苍蝇机器人”,虽然它还不具备试验飞行能力,但在翅膀振动时发出的声音和苍蝇一样。预计10年之内,世界上第一架可自由翱翔的“苍蝇机器人”将从他的实验室飞出。
苍蝇――天生空气动力学家有“战斗”
科学家之所以要以苍蝇为仿生对象,是因为它是地球上最有天赋的空气动力学家。比如,一只小小的家蝇能表演各式各样的耍酷动作,可以在空中盘旋、直上直下、翻筋斗、向后飞、停在天花板上,还可以在1秒内转弯达6次。而堪称天下无敌的食蚜蝇则更牛,它们能够定点盘旋,从盘旋点往前冲到另一个点,再分毫不差地飞回原来盘旋的地方。别看“苍蝇机器人”体积小巧,用途却十分广泛,比如在敌占区对敌人阵地实施侦察;在茂密的山区搜捕隐藏的;在废墟成片的灾区中搜救幸存人员,并对灾害损失进行评估;在有毒化学品密布的工厂检查生产管道;在人迹罕至的矿区寻找矿脉;等等。英国***方希望,拉法尔教授研制的这种“苍蝇机器人”能够在危急关头,充当刺探敌方***情的间谍角色;同样对此表示浓厚兴趣的还有美国***方,他们希望“苍蝇机器人”能够快速寻找到放置的微量爆炸物,或作为一种智能型攻击武器,用于摧毁某些确定的和一些不必通过轰炸来摧毁的目标,而且“苍蝇机器人”在执行任务时不会引起太多的注意。“苍蝇机器人”作为一种终极智能武器,它的高明之处在于可以快速准确地摧毁敌方特定目标或进行“点穴”、“斩首”行动,比如一台中枢电脑或最高指挥官,从而在不炸毁敌人全部设施的前提下,令其陷入彻底瘫痪。