机器人博览＿中国科普博览

机器工兵

　　据联合国儿童基金会1996年的报告估计，在全世界64个国家中埋有700多种1.1亿颗地雷，例如在海湾战争中，伊拉克共埋设了500～1000万颗各种地雷；阿富汗有1000万颗；柬埔寨有500～800万颗；安哥拉900万颗；莫桑比克200～300万颗，波黑有300－500万颗。这么多地雷对于平民百姓是非常危险的，更不要说许多地方还在不断埋下新的地雷。现在世界上每月有2000人死于地雷爆炸，每年约有2－2.6万人因触雷而丧生，地雷已使25万人致残。而且每清除一颗30美元的地雷，需要花费300－1000美元，这么多的地雷以现在的投资与技术需要1400年才能清除完毕。在阿富汗，只靠人工扫雷，清除全国的地雷需要4300年。而且扫雷还会造成士兵的伤亡。因此扫雷成了各国紧迫而又长期的任务。

遥控扫雷车

　　机器人扫雷之所以受到人们的重视，不仅因为它扫雷速度快，更重要的是它可以避免人员的伤亡。扫雷机器人大体上可分成两类，一类重点探测及扫除反坦克地雷，另一类探测及扫除杀伤地雷。前者多用现有军用车辆的底盘改造而成，体积较大；后者多为新研制的小型车辆。当然，有的机器人也可同时扫除两种地雷。

　　美国的豹式扫雷车，是将M60坦克的炮塔去掉，在底盘上加上一个Omnitech公司研制的标准机器人系统，车前1.8米处装上10吨重的扫雷钢滚制成的，主要用来清扫反坦克地雷。作战时它可在装甲部队前面开道，接近敌人雷区时，操作人员遥控机器人发射火箭弹引爆地雷，然后扫雷车通过雷区，用扫雷滚子压爆那些未被引爆的地雷，开辟出一条宽8米、长90米的通道，并用发光棒将通道标记出来。该车装有两台红外摄像机，士兵可由远处的控制车上看到地雷的热信号。在波黑的扫雷行动中，豹式扫雷车在两天之内扫除了71颗杀伤地雷。美国还正在研制遥控的豹II扫雷车， 2000年7月已派一辆豹II到科索沃参加紧急扫雷行动。

Minebreacker 2000扫雷车

　　德国FFG车辆制造公司研制出了Minebreaker 2000机器人扫雷车，该车采用豹I主战坦克的底盘，车前装有3.6米宽的液压驱动的犁地用的滚子，滚上装有重型碳化钨齿，可用来清除地表的植被，割断地雷的引爆索，挖出及摧毁埋在地下的弹药。针对不同的土质备有各种滚子，更换损坏的齿只需要几分钟时间。车底带有配重以防工作时车辆摆动。底盘外增加了钢板及衬垫材料，使它可以经受住大多数类型地雷的爆炸而不会有严重损坏。该机器人在6小时内的扫雷面积相当于30个有经验的工兵同期内扫雷面积的15－20倍。

　　一般专门扫除杀伤地雷的机器人体积都比较小，美国新研制的Mini-Flail小型遥控扫雷机器人，就是这种机器人。它是在Bobcat推土机的基础上改装的，采用一个装有链条的转筒扫雷，链条炸坏后很容易更换。有4辆这种机器人在波黑已经无故障地工作了几百个小时，获得军方的一致好评。1999年9月美军又派出三辆Mini-Flail前往科索沃的道路上扫雷，加拿大住科索沃的维和部队也装备了两辆这种扫雷车。这种机器人是正式列入美国陆军编制的第一种地面军用机器人。

　　2002年美军将装备一种名叫地雷猎手及杀手（Mine Hunter/Killer）的机器人，其目标是将探雷及扫雷装置集成到同一辆标准的战术车辆上。该车可在道路及开阔地上探测750多种地雷，可在60米的距离上探测直径在12－38厘米的地雷，而现装备的最大探测距离只有5米。该车只需几秒钟就可确定地雷的位置，定位精度为25厘米。一旦探测到地雷，30秒内就可销毁它，扫雷成功率在90％。扫雷宽度2.74米。机器人可在沙地、碎石地、粘土及有机土等各种地面上作业。

　　机器人扫雷的主要困难在探雷，首先要找到地雷在哪里。今天已采用的或正在研制中的探雷技术主要有：金属探测器；地面穿透雷达及红外传感器等。用这些方法探雷往往虚警率过高，探测率很低。现在没有哪一个单个传感器可以满足探雷的要求，于是人们就把多种传感器结合起来，以求得到更好的效果。由于探雷所需的数据来自不同的传感器，要做到准确判断，就需要复杂的传感器融合技术，而传感器融合所需要的计算量特别大。

　　今天，训练有素的军犬是能够对地雷特别是非金属地雷定位、而几乎没有虚警率的唯一的“技术”。狗的鼻子可以嗅出地雷中炸药辐射出的浓度很低的蒸汽，但是用狗探雷时它集中注意力的时间短，很快就会疲劳。狗可以相当有效地嗅出机场及其它面积有限的建筑物中的炸药，但用它探测大范围内的地雷显然是不足。

　　为了从根本上解决探雷问题，1997年美国启动了一项为期3年的基础研究计划，打算利用仿生的方法开发出各种探雷技术，它的名字叫“电子狗鼻”计划。它利用与狗同样的闻炸药气味的方法探测地雷中的炸药，这改变了以往探测地雷物理特征的基本原理。其中的一种方法叫核四级矩共振技术，这是一种非常有前途的机器人探雷技术。

　　核四级矩共振系统的原理是：它不是直接模仿狗闻地雷中氮气的气味，而是利用无线电频率的能量穿透地雷内部的炸药，激发炸药中的氮原子引起它的共振，产生一个能量波。测定这个能量波并经计算机处理后，就可确定是否有炸药存在。这种探测器比现有探测器的精度高得多，还可识别地雷中炸药的类型，而且虚警率很低。

　　核四级矩系统的能耗很大，但把它装在车上，它的体积、重量和动力都不成问题，价格也比较便宜，因而特别适合用于机器人探雷。美国陆军打算把它用在自己新的探雷车上，该车正处于工程制造阶段。

　　目前机器人探雷扫雷的应用才刚刚开始，由于用机器人探雷及扫雷的速度快，特别是可以避免士兵伤亡这一最大的优点，使它具有光明的前景。