10分鐘掌握美國 DARPA 重要軍用機器人研究!---天上飛的地上爬的,統統比你快、比你狠、比你準!

 

 

美國國防高等研究計畫署(DARPA)出資研發各種神奇「軍用仿生機器人」向來不遺餘力。最近 DARPA 再度廣發英雄帖,在一項取名「快速輕量自動化」(Fast Lightweight Autonomy, FLA)的計畫下,以一段蒼鷹(goshawk)如何在密林間高速穿梭掠食的自然影片為題,公開徵選能夠賦予無人飛行器「在眾多障礙物間自主導航」的演算法,引起眾多民間開發者的討論與興趣。

 

 

 

 

DARPA 這次開出來的條件如下:他們會提供每位提案競標者一架統一規格的小型無人機,參與團隊需要編寫出讓這架無人機飛行時「靈巧度能媲美自然界掠食鳥類」的演算法——也就是說,讓這架無人機以每秒20公尺(合每小時72公里)的速度,「不需」人員操控、聯絡,同時「不經」遙控感應器與 GPS系統的導航,光靠本身的感知與自動導航能力,快速通過一處遍佈障礙的都會室內空間(包括迷宮一般的房間、樓梯間、曲折走道、裸露鋼筋、梁柱、斷垣殘壁等密集障礙物),同時能夠自行「辨認」出之前已經偵查過的房間。

 

DARPA 表示, 這項 FLA 計畫主旨在於向民間尋求「非傳統的感知與自動導航解決方案」,未來除了應用於災難援救、市區作戰的無人機上,減少探測都市危險建築物造成的救難與作戰人員傷亡,也將考慮運用在地面、海軍或海底作戰系統,特別是利用 GPS 訊號導航有困難的地方。

 

 

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事實上,近十年來在 DARPA 重金資助之下,每年都有令人驚豔的軍用機器人研究或原型問世。其中合作最多的當屬 Google 前年底(2013)剛剛併購的波士頓動力公司(Boston Dynamics),這間1992年由麻省理工學院(MIT)校友暨前任教授 Marc Raibert 創立的機器人研發公司,向來擅長開發能克服高度崎嶇地形、平衡感極佳的多足仿生機器人,屢有出人意表之作。

 

讓我們藉以下這支10分鐘短片,回顧一下近年來 DARPA 驚人的軍用機器人研發成果吧:

 

 

 

 

(點擊以下各機器人名稱,都可以連結到各官網或影片更詳細的介紹!)

 

 

0:00~0:40 

大狗 BigDog 

 

擁有四條機器腿的「大狗」(BigDog),長約0.92公尺,高0.76公尺,重109公斤,是波士頓動力公司的代表作之一,2005年在 DARPA 資助下研發而成。「大狗」藉由馬達驅動的「液壓致動系統」來行動,它能夠爬上車輪難以駕馭的坡地,同時協助士兵扛運沉重的裝備或糧食,故主要作為險峻地形下的負重機器人使用。

 

「大狗」可以以每小時約6.44公里的速度奔跑,攀爬斜度35度角以下的坡地,也能在碎石地、溪澗、海灘、雪地等複雜路況平穩行走,同時負重約154公斤的裝備。它強大的機動性來自於精巧的仿生四肢,其特殊設計不僅能夠吸收行走時產生的震波、保持平衡,還能將每一步產生的動能加以循環利用。

 

如影片中所見,2013 年,「大狗」新增了「強力甩物」的功能,只要加裝一條機器手臂,「大狗」就能在保持平衡、持續行走的狀態下,向後甩出水泥磚一類的重物,作為攻擊之用。

 

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0:41~2:24

RHex

 

我們之前曾詳盡報導過這種六足機器人的高靈活度與強大移動力(點這裡看 RHex 專屬影片與報導!),國外甚至給它冠上了「跑酷機器人」的美名,可見它對破碎風化地形的適應技巧之高——不愧是模仿昆蟲(特別是蟑螂!)爬行方式打造出來的超級機器人。

 

RHex 最初由賓州大學在 DARPA 資助下所開發,後來波士頓動力公司受美軍之託加以改良,提升其電池壽命、耐損度、行動力,並減少對維修保養的需求。這一款 RHex 重約13.6公斤,充一次電可以活動4小時,它的密閉盒狀身軀,讓它得以在潮濕的天氣或環境裡任意行動,無論是涉水而過還是穿過沼澤地都沒問題,而它身上配備的攝影機與燈光則讓它在黑暗環境裡也能「看清」周遭狀況。RHex 目前仍需要一名控制員遙控指揮它的行動,遙控範圍可達700公尺。

 

除了能夠跳高、爬電線桿、在泥地與沙丘上爬爬走之外,影片2:00時示範的「倒置行動(Inverted Operation)」尤其令人驚歎:跟一隻甲蟲或烏龜翻肚後便難以翻回去、任人宰割的狀況不同,不慎絆倒翻轉過來時,RHex 把腳轉個方向,仍然能夠繼續前進!

 

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2:25~4:39

部隊支援多足系統 LS3(Legged Squad Support System)

 

又稱「AlphaDog」,是「大狗」的軍用強化版,其研究計畫由 DARPA 與美國海軍陸戰隊共同資助。每隻 LS3 可負重高達181公斤的裝備,以及一場 32 公里行進任務所需要的全部燃料,負重時間可達24小時。由於配備有電腦視覺,LS3 會主動跟著它的指定領導人走,不需要再花人力控制或駕駛;它同時能夠運用 GPS 與地形感應器,自行走到指定的地點。

 

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4:42~5:54  

改良版的 iRobot PackBot 510

 

對,iRobot 就是做 Roomba 吸塵機器人的那一家公司!他們旗下的 PackBot 曾經大量投入伊拉克、阿富汗戰場上,總數超過2000臺;PackBot 也是2011年日本福島核災後,第一批前進災難現場的機器人之一。 這款 PackBot 510 是目前美軍主要使用的型號,採用有點像是電玩式的手動控制器遙控,可以以履帶在崎嶇地形上高速行動;它的機身同時也可加裝不同功能的配備,以進行拆彈、偵查、運輸等任務。

 

影片中這臺 PackBot 510 改良了它履帶與支架間的懸吊功能(Advanced Suspension for Improved Mobility, ASIM),讓它在有較大高低差的地形能夠更加穩定、快速的行駛,避免造成上方安裝的器材之損壞。

 

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5:55~7:54

Pet-Proto

 

這是 DARPA 那具180公分高的知名人形機器人 Atlas 的前身(點擊前方連結可讀官網介紹),影片中 Pet-Proto 正在設法攀爬階梯、跨過各種障礙物。為了走過這些高低不等的障礙、避免失足摔落,當時的 Pet-Proto 雖然還不完美,卻已經具有自動決策能力,和以雙足攀高爬低的靈活性。

 

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7:55~8:45

獵豹 Cheetah

 

不愧它的名字,獲得 DARPA 研發資助的「獵豹」確實是世界上目前跑得最快的有足機器人,時速可達46.7公里。它的速度來自於軀體上的仿生設計:每跑一步,它的背部就會跟著伸縮、舒展,以增加它的步幅與速度——就跟真正的獵豹一樣。

 

影片中的「獵豹」還是以電纜繫緊的,但它的進化版 WildCat 目前已經完全可以獨立跑動了!(點擊前方連結可讀官網介紹)

 

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8:46~9:56

PETMAN

 

它是一種專門設計來測試美軍特殊軍服的人形機器人,能夠保持平衡自由行走,同時能模擬做出真實士兵遭受化學武器攻擊時的各種動作,包括蹲下、匍匐、跳躍,以檢驗這些特殊軍服在高強度與高壓力的狀況下,是否仍能維持保護功能。PETMAN在測試軍服時,同時也會模擬真實人體的溫度、流汗與濕度,盡可能接近實戰狀況。

 

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9:57~11:20

沙蚤 Sand Flea

 

我們之前報導過這臺貌似平凡的四輪機器人(點這裡看「沙蚤」的專屬影片與報導!),但它的特殊性還是值得一提:「沙蚤」重量僅5公斤左右,卻能夠一跳9公尺高(約三層樓高)!也就是說,這個小傢伙連軍營的高牆都跳得出去,也能夠跳上一般住宅的屋頂、樓梯頂端,以及跳進二樓的窗戶,作為軍事偵測與潛望之用。

 

一臺「沙蚤」充一次電,可以跳25次沒問題;而它所運用的陀螺儀平衡技術(gyro stabilization),能讓它在飛行時也保持水平,使上面安裝的攝影機能夠有較清楚的視野,並且也能確保它的平穩降落。

 

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