在好莱坞的套路中,机器人力大无穷,有着取之不尽的能源。2007年,电脑动画堆砌出了华丽的暑期大片《变形金刚》。在电影中,变形机器人伸手扫开汽车和卡车,就像似随手挥开烤肉上盘旋的虫子一样容易,还能够毫不费力地追赶上四处逃跑的人们。与机器人相比,人类则显得渺小和一无是处。
不过,这种“影院物理”在真实世界行不通。在真实世界中,即使最先进的人形机器人也远逊于他们想要效仿的人类。举例来说,本田的P3型机器人重1 29公斤,身高1.6米,是个虚弱得可怜地矮胖子,行走速度每小时仅2公里。美国范德堡大学的机械工程教授迈克尔·戈德法布(Michael Gold-farb)说,最大的原因在于机器人本身配备的电池重达30公斤,而且一次充电只能维持20分钟。
近十年来,戈德法布一直在研究高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。他和他的学生研制的一个仿真义肢(燃料型机器手臂)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高达1 1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,但是供能系统超过普通电池的1 0倍有余。而且,当推进剂消耗完了,换个盒子也不过几分钟的事情。
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;而戈德法布的发明有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,仅靠一个关节的完全运动是没有大作用的。”
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,以及从盒子里抽出一张纸巾,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(DARPA)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年前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。“难点在于是如何建立起神经接口”,听起来,对于自己的成绩,戈德法布教授反倒视若平常了。