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当机器人开始替代宇航员

来源:泉州网站建设   时间 : 2019-04-13 08:38  编辑 : 泉州网站建设

图片来自于《爱、死亡和机器人》截图 文|脑极体 还记得我们在《屡败屡战的谷歌机器人计划》一文中中提到

当机器人开始替代宇航员

图片来自于《爱、死亡和机器人》截图

文|脑极体

还记得我们在《屡败屡战的谷歌机器人计划》一文中中提到的机器人公司SCHAFT吗?

头顶DARPA机器人挑战赛冠军光环的SCHAFT,卖身谷歌后却在一波三折之后在2018年底惨遭解散。

但是,它的创始人兼首席执行官YutoNakanishi,却并没有“自抱自泣”,反而活成了现实版的“我有一个梦想”。在公司解散后加入了一个旧金山的创业公司GITAI,准备为自己儿时的憧憬圆梦了,那就是——创建第一个在太空中工作的机器人,并且已经小有成果。

最近,他们就打算与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)一起,将远程操作机器人发射到太空上,替代人类去展开探索活动。

当机器人开始替代宇航员

(图为两位加入GITAI公司的SCHAFT员工)

机器人走进宇宙空间站,早就不是什么新鲜事了。比如谷歌就推出过可以在空间站中漂浮的机器人SmartSphere,用来帮助地面人员完成空间站安全检查;被SpaceX送上太空的机器人Cimon,更是上演了一出“性感机器,太空陪聊”的辣眼戏码。

不过,想要让这些机器人作为人类的“分身”,去执行一些地面勘测、空间站维修之类的工作,显然就有点难了。

而今天我们想聊的,正是能够帮助让机器人真正替代宇航员执行那些危险任务的硬核操作——远程控制技术。

远程操作机器人:太空中的最佳帮手

Netflix高分神剧“爱死机”(《爱、死亡、机器人》)中,有一个颇为悲壮的故事,那就是第十一集《帮手》(Helping Hand)。

女宇航员艾利克斯独自在太空站外执行工作,但她的保险绳不幸脱落,宇航服也出现了故障。在茫茫宇宙中,她只能展开自救。为此,艾利克斯不得不将自己的左手上臂折断(此处我一个爆哭),不断地将残臂抛出,利用反作用力将自己一点点地在氧气耗尽之前送回了太空站。

当机器人开始替代宇航员

当她再次接通同事的联络信号时,面对来自地面的询问,她却只回答了一句话——“为伟大的虚无做了点小小的牺牲”。

不得不说,艾利克斯真是个狼人,在绝境时不惜以惨烈的方式为自己找到一个“帮手”。但从观众的角度来讲,简直一瞬间涌出了万千疑问:

都9012年了,我们为什么还要让宇航员这样百里挑一的宝贵物种,去经历这样的选择和牺牲?!为什么不能让机器人代替他们去完成这些高危任务?钢筋铁骨难道不比人类的肉身更经得起太空环境的考验吗?

当机器人开始替代宇航员

此时,JAXA和GITAI开发的能替代人类进行太空探索的“阿凡达”机器人,就显得格外有意义了。

首先,探索外层空间的工作量越来越大,但火箭能够搭载的宇航员又很有限,并且还存在一定的安全风险,引入一部分机器人作为替代生产力,显然能够大幅降低太空任务成本;

让机器人在近地轨道空间站工作,可以减轻宇航员的工作负担和风险,缩短他们执行任务的时间,对生理和心理健康都有帮助。

当机器人开始替代宇航员

听起来是不是很棒棒!别急着激动,其实让机器人做太空帮手这件事,不止我们能想到,半个世纪前的人类早就想到了!

早在上世纪60年代,远程操作机器人就已经被科学家们付诸实践了。在地面上操作空间机械手,就能完成一些诸如修复空间站、回收卫星之类的任务。

那么问题也就来了,既然技术概念和应用都“源远流长”,为啥到了现在人类中的“最强大脑”还在跟远程机器人较劲啊?是研究经费太烫手,还是研发人员能力有问题?显然都不是。

究其原因,恐怕就要从远程操作这件事的一些沉疴说起了。

人机合一,为什么比天人合一还难?

远程操作机器人,从概念上来说并不是什么艰深的东西。但涉及到太空环境,问题就变得复杂起来。至少在努力了50多年后,想要对太空机器人进行远程操控,依然有着不少难点。其中最严重的问题就是——通讯延迟。

操作人员直接远程对机器人进行操控,也被称作木偶式puppet approach,我们常见的远程手术等等就属于此类。在地面光纤网络和移动蜂窝网络建设如此完善的情况下,想要实现百公里的远程紧密操作,都是一件难上加难的事情。更何况是地球与近地空间站6000km的通信距离呢?

由于信号传输速率的限制(电磁波速),近地轨道与地面的信号往返传输时延为0.4s , 而深空近月轨道时延达3s ,再加上其它因素的影响(如计算机处理时间、通信初始化等), 整个系统的时延约6-15s。

已经有研究表明, 当通信延迟大于1/4秒时, 操作员就能明显感觉到延迟的存在, 操作性能也会显著降低。

为此科学家也想了一些办法,来减少通信延迟带来的潜在风险。其中就是赋予终端机器人一定的本地智能,不让这种机器操作因为传输效率受到太大影响。由此就出现了监督操作(Supervisory Control)。

监督操作的区别在于,操作员只是发送目标任务或很小一部分相关的必需指令,机器人已经提前将一些程序背好了,收到具体命令就可以利用本地智能自主完成。

这种“走一走, 等一等” 的人机协作模式确实让机器的表现更稳定了,人类工程师也终于不用再为持续的等待和观察而虐的筋疲力尽了。

当然,这也并不是万全之策。由于只能通过景深摄像头来做出行为判断,没有任何力反馈机制供操作员来确认操作的误差。无法获得机器人同样的环境感知,地面操作员在执行动作时就会很容易出现偏差。怎么办?

幸好现代技术的迭代与综合应用,正在给远程操作机器人带来新的突破。主要体现在两个关键问题上:

一个是通讯技术的进步。高通道、低延时的5G通信技术,卫星星座网络建设,神经网络压缩算法等等的出现,让实时的长距离、大规模、低延迟的数据通信成为了可能。

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