人形陸戰(zhàn)機(jī)甲,有用
這個(gè)話題應(yīng)該有很多人寫(xiě)過(guò)。時(shí)間所限,我沒(méi)看別人的想法,只說(shuō)我自己現(xiàn)有的知識(shí)和認(rèn)識(shí)。
很多人可能不理解,履帶已經(jīng)能翻山越嶺,為什么要給陸戰(zhàn)裝備加一雙腿。其實(shí)腿相比于履帶最本質(zhì)的優(yōu)勢(shì),不是更擅長(zhǎng)爬障礙,而是跑步效率高,省能量。因?yàn)槿魏卧陉懙厣线\(yùn)動(dòng)的東西,它消耗能量都是消耗在與地面的接觸上,汽車(chē)行駛時(shí)的能量消耗在橡膠輪胎與地面接觸部位的不斷變形上,火車(chē)行駛時(shí)的能量消耗在車(chē)輪與鋼軌接觸部位的微小的彈性變形上,坦克越野行駛時(shí)的能量消耗在履帶壓實(shí)土地的過(guò)程中,而這個(gè)過(guò)程是連續(xù)不間斷的,坦克跑一百米就得壓一百米,所以能量消耗相對(duì)多,而用腿跑步,只會(huì)留下一個(gè)一個(gè)腳印,腳印和腳印之間的土地是不用壓的,所以能量消耗相對(duì)少。
那如果有一個(gè)機(jī)器人,那么重,它跑步壓的腳印不會(huì)比坦克車(chē)轍更深嗎?耗能不會(huì)更大嗎?其實(shí)這反過(guò)來(lái)說(shuō)明,在地面能承受的壓強(qiáng)限制下,這種陸戰(zhàn)機(jī)甲是不能做得像坦克那樣重的。這樣做會(huì)削弱防護(hù)性,可是它需要坦克那種程度的防護(hù)嗎?或者說(shuō),未來(lái)的武器是裝甲防御得了的嗎?人形機(jī)甲這個(gè)概念就不適合堆積防護(hù),反而非常適合提高感知能力和機(jī)動(dòng)能力。這也是我立論為什么是“人形機(jī)甲”而不是“虎形”機(jī)甲等四足機(jī)甲的原因,因?yàn)槿诵坞m然個(gè)子高,不隱蔽,加速性不如四足,穩(wěn)定和控制難,但是個(gè)子高使它具備非常好的視野,就像瞭望塔一樣;在空中偵察視角下人形的投影面積更小,而且坦克車(chē)輛只能是坦克車(chē)輛的形狀,人形可以擺出姿勢(shì),破壞自己的識(shí)別特征,在森林城市等有掩蔽物環(huán)境下偽裝效果可以反超;在機(jī)動(dòng)性方面,人形具有更高的奔跑效率,意味著更大的行駛距離,有利于長(zhǎng)距離的機(jī)動(dòng)穿插;機(jī)器人的控制自有一套理論,但結(jié)果都是呆板的運(yùn)動(dòng),而人形可以用駕駛?cè)吮旧淼倪\(yùn)動(dòng)來(lái)輔助控制,動(dòng)作靈活不呆板,利用人體的協(xié)調(diào)性讓機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)既穩(wěn)定又靈活,幾乎是唯一的可行途徑。
那需要防護(hù)的時(shí)候呢?它可以準(zhǔn)備一塊盾牌。其實(shí)與大多數(shù)人的直觀印象不同的是,坦克,并不是四周都有很強(qiáng)的防護(hù)的,最厚的裝甲在炮塔正面和車(chē)體正面,其他的部位只能抵擋小口徑機(jī)關(guān)炮的炮彈,尾部的防護(hù)一般更弱。坦克其實(shí)并不像一個(gè)全身披甲的武士,它更像一個(gè)拿著盾牌的戰(zhàn)士。人形機(jī)甲的防護(hù)需要這樣設(shè)置,整個(gè)軀干部(里面有人,動(dòng)力系統(tǒng),能源系統(tǒng),信息,控制與操縱設(shè)備)外殼需要具有對(duì)小口徑機(jī)關(guān)炮的防護(hù)能力,頭部,手臂,腿腳不需要防護(hù),裝備一面大小可防護(hù)軀干,防護(hù)力相當(dāng)于坦克正面裝甲的小型盾牌,依靠手臂移動(dòng)改變防護(hù)位置,視情況使用大型盾牌。頭部無(wú)防護(hù)是因?yàn)轭^部集中了精密的光學(xué)傳感器,防護(hù)是困難的,防護(hù)了效果也不好,為什么手臂和腿腳不需要防護(hù),是因?yàn)槭直酆屯饶_在我的設(shè)想中采用的是彈性關(guān)節(jié),沒(méi)有主動(dòng)力裝置,只有控制電機(jī)和線纜,防護(hù)只需要集中在這些部位,其他的部分是復(fù)合材料結(jié)構(gòu),像武裝直升機(jī)的槳葉,被子彈穿透后,還能正常工作。
有人說(shuō)了,這些有什么用,人形機(jī)甲那東西,它可能嗎?這么說(shuō)吧,按照現(xiàn)在做機(jī)器人的思路,它就是不可能,一萬(wàn)年都不可能。如果一個(gè)關(guān)節(jié)加一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),做一個(gè)和人一樣大的人形機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)深蹲都很不容易(出自知乎)。當(dāng)然用減速比很大的電機(jī)可以達(dá)到足夠的扭力實(shí)現(xiàn)深蹲,但是那樣就不能跑跳了。如果一個(gè)這么大的機(jī)器人都會(huì)面臨動(dòng)力問(wèn)題,那么像一個(gè)機(jī)甲那么大的機(jī)器人肯定不能跑,走都很難。沒(méi)錯(cuò),這就是按照現(xiàn)有思路推導(dǎo)出的結(jié)論,直到有一天你想到,彈簧可不可以。
非常有意思的是,結(jié)合彈簧驅(qū)動(dòng)機(jī)器人,學(xué)界有很多人在研究,但是現(xiàn)在做的人形機(jī)器人,都不用彈簧。是因?yàn)殡姍C(jī)在合適的控制下可以實(shí)現(xiàn)彈簧的力學(xué)性能,從而使得彈簧沒(méi)有必要嗎?還是因?yàn)閺椈刹缓每刂颇??我的回答是,用彈簧,但不是一個(gè)關(guān)節(jié)用一個(gè),而是整個(gè)串起來(lái),機(jī)器人從腳到身體有一個(gè)連通的筋,由身體里的主動(dòng)力裝置供給能量,不同的關(guān)節(jié)需要不同的力,那么就調(diào)整筋到關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的距離。這樣做既有力量,又可以把力量轉(zhuǎn)化成速度,還能在跑動(dòng)中回收能量再釋放出來(lái)(彈簧固有的優(yōu)勢(shì))。
控制方面的問(wèn)題,如果按照現(xiàn)有的思路解決,那注定又是一個(gè)繁瑣困難的過(guò)程,導(dǎo)致一個(gè)單調(diào)重復(fù)還不一定能滿意的結(jié)果。為什么不使用一下人與生俱來(lái)的平衡感和協(xié)調(diào)性呢?不只是用人的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)器的運(yùn)動(dòng),是用人處于一個(gè)姿態(tài)時(shí),使用的肌肉,構(gòu)成了怎樣的一條傳力路線,映射到機(jī)器人上去,再把機(jī)器人各處的受載,反過(guò)來(lái)加載到人身體上來(lái)。讓人和機(jī)器同步,這樣我們根本就不需要考慮機(jī)器人怎么平衡的問(wèn)題,人會(huì)感到自己的機(jī)器身體是正是歪,什么姿勢(shì)什么動(dòng)作自然就穩(wěn)定了協(xié)調(diào)了,用一個(gè)訓(xùn)練有素的駕駛員代替機(jī)器人平衡的控制算法,這也是為什么我的設(shè)想是“人形機(jī)甲”而不是“人形機(jī)器人”的原因。