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，有著取之不盡的能量。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。”

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。”

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希望2005年開始的這個“完美義肢”項目，能夠為戰斗中失去肢體的士兵們提供近乎完美的肢體，爭取在2009年獲得美國食品與藥品管理局(FDA)的批準。

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，但猶他大學、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正在進行這方面的嘗試，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。