通用電氣出品專為「神盾局」打造的軟體機器人:能挖隧道,可軍用

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 08 日 0:00 | 分類 尖端科技 , 機器人 Telegram share ! follow us in feedly


2017 年,歐盟斥巨資打造能一邊自動鑽地挖洞,一邊 3D 列印砌牆的機器人 BADGER,傳統的隧道挖掘機(Tunnel Boring Machine)被甩出幾條街。

近日,美國通用電氣公司(General Electric Company,GE)更受蚯蚓和樹根啟發,為現實版「神盾局」──美國國防先進研究計劃署(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)研發用於軍事行動的快速隧道挖掘機器人。

(Source:影片截圖)

「破壞者」強強聯手

這款機器人的研發,源自 DARPA 的「破壞者計畫」(Underminer program)。

從 DARPA 官網可了解,此計畫旨在證明快速建設戰術隧道網路的可行性,希望透過建設安全的後勤基礎設施,部隊通過某地區時預先部署補給或補充補給。

(Source:DARPA

為此,DARPA 選定 3 個團隊強強聯手,開發超過目前商業鑽探能力的地下隧道挖掘技術和解決方案:

  • 通用電氣公司:1892 年由發明王愛迪生創立,是世界最大的技術和服務業務跨國公司,專注於開發針對地下採礦技術和操作需求的綜合解決方案。
  • 科羅拉多礦業學院:以工程與採礦專業聞名,擁有一座礦物學博物館,是世界資源開發、開採及利用研究實力最強的機構之一。和通用電氣一樣,專注於開發針對地下採礦技術和操作需求的綜合解決方案。
  • 桑迪亞國家實驗室:是美國能源部與美國電話電報公司子公司之一桑迪亞公司聯合管理的多計畫實驗室,主要從事核武器系統非核部分、材料、組件及儀器技術的研究開發,並承擔能源開發與改進工作。主要負責技術探索和整合,解決進程及系統限制。

據悉,執行團隊主要關注隧道掘進方法、井下感測和操作概念,達成 DARPA 期待的水平鑽井、非開挖鑽孔技術和機器人技術三者合一突破。

DARPA 戰術技術辦公室「破壞者計畫」專案經理 Andrew Nuss 博士表示:

計畫的目標是,於有爭議的環境開發並展示快速建立的地下基礎設施的戰術用途。快速挖出戰術隧道,有利於緊急軍事行動,比如可做到快速彈藥補給、救援任務或其他緊急需求。

挖掘能力通用強,土撥鼠看了都嫉妒

面對這些期待,通用於當地時間 2020 年 5 月 20 日公布研發的新型隧道挖掘機器人。

據通用的說法,這款機器人由中央技術開發部門 GE Research 的跨學科團隊研發,自稱此團隊「挖掘技術強到土撥鼠都嫉妒」。

據了解,通用電氣獲得 250 萬美元研發資金,為期 15 個月。

打造這款機器人的靈感最初來源於 GE Research 專案負責人、力學與設計小組機械工程師 Deepak Trivedi 博士,在碩士和博士階段的機械工程計畫研究。

2010 年,Deepak Trivedi 獲得賓州州立大學機械工程和電腦科學博士學位後加入 GE Research,研究方向為設計受生物(章魚、象鼻等)啟發的軟體機器人。

因此一開始 GE Research 的思路就是開發仿生機器人,能靈活急轉彎、在狹窄空間穿梭、靈活拾取或移動大小形狀不同的物體。

大家都知道,蚯蚓身體相當靈活,有很強的挖掘和快速移動能力。Deepak Trivedi 表示:

蚯蚓可能是地球最高產的隧道製造者。

而自然界還有一種很奇妙的東西──樹根。透過組織生長產生的巨大力量,樹根可穿透密度極高的土壤和軟岩石。

GE Research 的做法是將二者結合──他們設計了幾英尺長的機器人原型,液壓人工肌肉模仿蚯蚓在土壤裡移動的敏捷性,同時也擁有樹根穿透軟岩石的力量。

目前軟體機器人按結構類型可分為三類:靜水骨骼型、肌肉型靜水骨骼型及其他結構。

包括蚯蚓等大部分軟體動物並沒有剛性骨骼,主要由表皮、肌肉、體液、神經系統組成。這種動物的典型結構是肌肉構成封閉腔,內部充滿體液,也就形成所謂的「靜水骨骼結構」(hydrostatic skeleton)。

據了解,蚯蚓移動過程,靜水骨骼結構的某部分會膨脹,橫向擴張,同時其他部分伸長,讓其移動並進一步穿透土壤。

要做到上述特性,強大的人工肌肉就可以。

此外,這種結構有個優點──機器人的表面不需要其他材料就能建造隧道,效率較高且有隱蔽性。

不過,設計機器人哪有這麼簡單。

團隊面臨的另一個問題是,在如何不藉助 GPS 的情況下自動、有意識地繞過障礙物,到達目標位置。正如 Deepak Trivedi 所說:

因為隧道系統都在地下,我們需要建立機器人的自動和感測能力,保證它們在正確的地方移動、建隧道。幸運的是,團隊的控制、人工智慧和感測專家幫我們做到這功能。

在實驗室,GE Research 展示機器人原型穿越土壤的過程。目前看來,機器人能以秒速 10 公分移動,一次能挖一條長 500 公尺、直徑至少 10 公分的隧道。

(Source:影片截圖)

但正如前文所述,這計畫將持續 15 個月,目前軟體機器人還處於實驗室階段,究竟 3 個執行團隊最終會給 DARPA 怎樣的方案,還是未知數。

DARPA:「神盾局」現實原型

Last but not least,DARPA 到底是何方神聖?

打開 DARPA 官網,一串霸氣的英文首先映入眼簾:

For sixty years, DARPA has held to a singular and enduring mission: to make pivotal investments in breakthrough technologies for national security.(60 年來,DARPA 一直肩負著一項獨特使命:關鍵性支持保障國家安全的突破性技術。)

這很簡單直接。

談到 DARPA,還得從 1950 年代講起。

1957 年 10 月 4 日,是個令全美乃至世界震驚的日子。那天蘇聯發射了人類歷史上第一顆人造衛星 Sputnik 1,在航太領域給美國沉重一擊。

被蘇聯航太科技輾壓後,美國人痛定思痛,舉國掀起「學好數理化,走遍天下都不怕」風潮。

4 個月後的 1958 年 2 月,時任美國總統的艾森豪(Dwight David Eisenhower)下令在維吉尼亞州阿靈頓縣成立 DARPA。DARPA 獨立於常規軍事研發機構,直接向國防部高層負責。

而 DARPA 的目標也相當明確──防止他國科技領先美國,同時超過他國。

DARPA 並不只把目光放在軍方的現實需求,預測軍方的潛在需求、探索國防科技的未來,也是核心目標。不僅軍事領域,包括網際網路、半導體、PC 操作系統 UNIX、雷射器、全球定位系統 GPS、自動語音辨識、自動語言翻譯、自動駕駛、智慧(類腦)計算、機器人技術、基因工程等眾多領域,都與 DARPA 資助的計畫密切相關。

且 DARPA 是個小而精的機構──由 6 個技術辦公室(國防科學、戰略技術、戰術技術、微系統技術、資訊創新、生物技術)約 220 名成員組成,大多是各領域一流專家學者,有近 100 名計畫負責人,共同監督約 250 個研發計畫。

而漫威漫畫擁有超強科技實力的神盾局現實原型,正是 DARPA。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:影片截圖)