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裝備前沿

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)成功研發(fā)了兩棲蛇形機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了無輪式和有輪式的交互。

水陸兩棲的“多面手”

為什么要實(shí)現(xiàn)這種交互？無輪狀態(tài)的蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、體積小，適合穿越狹窄空間，但無法實(shí)現(xiàn)蜿蜒運(yùn)動(dòng)。而有輪狀態(tài)的蛇形機(jī)器人可減小機(jī)器蛇運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，增強(qiáng)了靈活性和機(jī)動(dòng)性，但在不平坦的地面上運(yùn)動(dòng)時(shí)容易側(cè)翻。此前的蛇形機(jī)器人均未能實(shí)現(xiàn)交互運(yùn)動(dòng)模式，導(dǎo)致蛇形機(jī)器人無法適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境。

此次研制的兩棲蛇形機(jī)器人包括了多個(gè)驅(qū)趕模塊，如蛇頭模塊、供能模塊、蛇身模塊、多個(gè)被動(dòng)輪伸縮模塊和蛇尾模塊。蛇頭模塊、供能模塊、蛇身模塊和蛇尾模塊順次連接，形成無輪式蛇形機(jī)器人；蛇身模塊的兩側(cè)側(cè)壁上分別對(duì)稱安裝若干個(gè)被動(dòng)輪伸縮模塊，從而實(shí)現(xiàn)蛇形機(jī)器人有輪模式與無輪模式的切換，使得蛇形機(jī)器人可以在復(fù)雜路面通行，也能潛入水底，實(shí)現(xiàn)了水陸兩棲。該機(jī)器人還采用了新型隱身材料，可以有效避免雷達(dá)的掃描，配合搭載的高清攝像頭，能夠完成更多任務(wù)。

在蛇年春節(jié)即將來臨之際，讓我們來探究下蛇形機(jī)器人在軍事領(lǐng)域還有何妙用。

蛇形機(jī)器人是一種外形像真蛇，而且還能像真蛇那樣做出蠕動(dòng)、游動(dòng)、側(cè)移、側(cè)滾、抬頭和翻越障礙物等動(dòng)作的機(jī)器人。蛇形機(jī)器人主要由類似蛇頭的端部結(jié)構(gòu)件及能夠活動(dòng)的多個(gè)關(guān)節(jié)組成，在內(nèi)部集成微型電腦、傳感器、控制系統(tǒng)等部件。借助電機(jī)或其他驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)蜿蜒爬行、扭轉(zhuǎn)等，并依據(jù)環(huán)境變化和任務(wù)需求，靈活調(diào)整運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和方向。正是蛇形機(jī)器人的獨(dú)特外形、超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，使得它在軍事領(lǐng)域發(fā)揮“奇兵”功效。

捕獲情報(bào)的“偵察兵”

在軍事領(lǐng)域，提前偵察敵方情況是戰(zhàn)爭勝敗的關(guān)鍵之一。除了依靠官兵進(jìn)行人工偵察之外，現(xiàn)代戰(zhàn)爭常常用到的就是偵察機(jī)器人。然而，傳統(tǒng)的偵察機(jī)器人主要依靠履帶或滾輪等方式運(yùn)動(dòng)，這使得機(jī)器人必須有較大的體型。在軍事活動(dòng)中，這種機(jī)器人就很容易被敵方發(fā)現(xiàn)，且在復(fù)雜地形條件下的通過性較差，在執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)具有一定的局限性。

相對(duì)來說，仿生蛇形機(jī)器人具有輕巧、靈活的特性，即便在復(fù)雜環(huán)境下也能快速機(jī)動(dòng)，可以提高軍事偵察效率，并降低被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。蛇形機(jī)器人憑借靈活的身形和隱身能力接近敵方軍事目標(biāo)，獲取情報(bào)并傳輸回指揮中心，使我方隨時(shí)可以掌握敵方的行動(dòng)和目的，如果被敵方發(fā)現(xiàn)，它會(huì)觸發(fā)自毀程序，銷毀秘密。

早在十幾年前，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)就開展了蛇形機(jī)器人的深度研發(fā)，研制了一款名為“山姆大叔”的蛇形機(jī)器人。其采用了先進(jìn)的仿生材料與結(jié)構(gòu)，軀體能夠完美模仿樹枝的形態(tài)，顏色和紋理也能隨著周邊環(huán)境的變化而自適應(yīng)調(diào)整，從而靈活地盤踞在樹枝間，從遠(yuǎn)處望去，就像一條真正的蛇隱匿于自然之中。

“山姆大叔”的頭部配備了具有超高分辨率與低照度拍攝能力的高清攝像機(jī)，不僅能夠捕捉到細(xì)微的動(dòng)態(tài)，還能在光線昏暗的環(huán)境下清晰成像。借助這一強(qiáng)大的視覺設(shè)備，在執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)，“山姆大叔”能夠精準(zhǔn)捕捉敵方的兵力部署、武器裝備情況及行動(dòng)軌跡等關(guān)鍵情報(bào)，為后續(xù)軍事決策的制定提供堅(jiān)實(shí)有力的支撐，猶如指揮官有了一雙“千里眼”，使其能在戰(zhàn)場上洞察先機(jī)。

危險(xiǎn)任務(wù)的“先頭兵”

機(jī)器人公司Sarcos設(shè)計(jì)了一款Guardian S蛇形機(jī)器人。這款機(jī)器人搭載了高效能的電池與先進(jìn)的能量管理系統(tǒng)，一次充電能持續(xù)運(yùn)動(dòng)4小時(shí)，并以穩(wěn)定的速度穿梭于指定區(qū)域。更為出色的是，其獨(dú)特的低功耗設(shè)計(jì)及智能的任務(wù)規(guī)劃算法，使得它能夠累計(jì)執(zhí)行18小時(shí)的監(jiān)視任務(wù)。在整個(gè)過程中，它就像一位哨兵，堅(jiān)守崗位，密切關(guān)注著周圍環(huán)境的一舉一動(dòng)。

當(dāng)面臨拆彈等危險(xiǎn)任務(wù)時(shí)，借助Guardian S搭載的高精度探頭和先進(jìn)傳感器，操作員可以通過遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取機(jī)器人所處位置的詳細(xì)信息。憑借這些信息，操作員能夠靈活地調(diào)整它的位置與方向，讓其靠近炸彈。探頭可獲取炸彈的關(guān)鍵部位信息，為排爆專家提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，協(xié)助他們安全、高效地化解危機(jī)，降低了排爆人員的傷亡風(fēng)險(xiǎn)。

另外，軍事用途的蛇形機(jī)器人還常被用于執(zhí)行爆破任務(wù)。以色列科學(xué)家打造的“機(jī)器蛇”體長兩米。在外形設(shè)計(jì)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)真正做到了仿生，無論是身體曲線還是鱗片質(zhì)感，它都高度還原了自然界中真蛇的形態(tài)。不僅如此，其運(yùn)動(dòng)方式也還原了蛇的蜿蜒爬行姿態(tài)。通過特殊的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它能夠在沙地、巖石堆積狹窄的通道等各種地形上自由穿梭。在執(zhí)行爆破任務(wù)時(shí)，憑借其靈活的身形、強(qiáng)大的負(fù)載能力，攜帶爆炸物巧妙避開敵方探測設(shè)備，到達(dá)指定地點(diǎn)實(shí)施爆破。

（作者單位：中國人民解放軍94019部隊(duì)）