机器人小尖兵——美国CRAM蟑螂型机器人

　　蟑螂是现代人心中难以抹灭的“恐惧”，因为它们不但带来脏乱，也能以飞快的速度躲避、逃离，而令人生怵的是，你永远无法预料蟑螂能够躲藏在什么地方……蟑螂的种种特性令人无以对付，但这些特性就是科学家与军方所要寻求的，一款来自美国的如手掌大小的微型机器人正是受到蟑螂这种生物的启发而研制的——

　　受到蟑螂启发的CRAM蟑螂型机器人

　　这款大小有如手掌、全名为可压缩铰接式机械（Compressible Robot with Articulated Mechanisms，CRAM）的蟑螂型机器人，是美国陆军研究实验室（ARL）的微缩自动化系统暨科技（MAST）部门与加州柏克莱大学共同研发的最新科技产品。

　　根据柏克莱大学的贾亚拉姆博士以及富尔博士在2016年2月8日刊登在《国家科学院院刊》最新的研究报告指出，受到蟑螂外骨骼构造的启发，他们制造了一款能在狭窄地形，包括由自然灾害或爆炸造成的阻绝人员进入的瓦砾堆中快速移动的六足机器人。

　　富尔博士并非要研发CRAM机器人才开始研究蟑螂的，他与他的学生在实验室中早已进行了长达30年的实验，了解了各种动物不同的运动方式，包括各种动物的行走、跳跃、滑动和爬行，并尝试将从蟑螂、螃蟹甚至壁虎身上所发现的运动方式复制到机器人科技上。

　　而在所有生物上，最顽强的当属蟑螂了。早在25年前，富尔的研究团队就已发现美洲蟑螂可以仅靠2条腿移动，同时移动速度也可达到60cm/s，等同每秒移动过自身长度50倍的距离，但最惊人的发现则是蟑螂拥有绝佳的狭窄空间移动能力。

　　透过高速摄影记录，贾亚拉姆博士发现蟑螂能够自由地钻进4mm的窄缝且保有每秒15cm的移动能力，甚至在高度刺激之后还可以强迫钻过仅3mm的窄缝，且可以承受比自身重900倍的压力仍毫发无损。

　　此外，研究亦发现蟑螂在处于挤压状态时虽然不能使用腿部移动，但却可以将足部往外延伸，用外肢上的棘刺抵着周围物体的边缘推进，这也证实了蟑螂为了要在狭窄空间内前进而无法使用腿部时，会运用身体不同部位达到移动的目的。

　　在实验中，贾亚拉姆博士在天花板及地板的缝隙中塞上砂纸，以测试摩擦力对于蟑螂在窄缝中移动的影响，结果发现蟑螂的平滑背部是关键，因为在腿部获得足够摩擦力的同时，平滑的背部却能在几乎不产生摩擦力的情况下使蟑螂顺利前进。

　　在这样的启发之下，贾亚拉姆博士设计了这款构造简单、仅有手掌大小的微型机器人CRAM——它同真的蟑螂一样，具备了可压溃的构造，使得这款机器人能拥有模仿蟑螂富有弹性且在通过窄缝时降低阻力的特性。

　　目前的CRAM身长18cm、高7.5cm，质量46g，并且它在承受压力或需要挤压通过狭窄地区时，可以将高度挤压50%（即3.5cm），还可以承受约1kg的重量，亦即20倍自身的重量，此外，其在正常状况下可以每秒移动27cm（身长的1.5倍），而当完全压缩状态（50%）时则降为每秒移动14cm。

　　对此，富尔博士表示：“虽然目前CRAM还只是原型机而已，但它的成功表明设定为软体机器人的发展方向是正确的选择，因为昆虫是地球上最成功的生物形态，而研究人员的目标就是要把机器人的表现提升到昆虫所达到的程度。”

　　软体科技提升未来机器人的特性

　　除了研发能钻进狭小缝隙的CRAM机器人外，研究微型自动化系统如何在复杂的立体环境中移动与运作，特别是在软体的应用方面，是非常有意义的。

　　例如，美国陆军研究试验室的研究员凯森斯就负责研发CRAM的自动导正能力，使机器人在倾倒后自动恢复到能让足、轮、履带等部位接地的姿态，而这项研发也不止应用于CRAM而已，真正的目标是可以开发出能运用到各个层面的科技，包括现今以及未来的科技产品。

　　凯森斯说：“我们所开发的软体科技能赋予机器人从倾覆状态中回正的能力，同时研发团队也研究了多种蟑螂的几何学和自我回正的关联性，并对拥有自我回正能力的CRAM做过多次试验。”

　　同时他也表示，研究团队希望更加了解如何将CRAM的自我回正能力的机械原理以及优势应用在其他的机器人系统上，并成为在战场上极有价值的资产。

　　事实上，士兵相当吐槽现有的机器人在崎岖且多变的战场环境中，时常遭遇翻覆而无法回正的窘境，进而导致任务延迟甚至失去宝贵的机器人等问题；且操作者缺乏机器人的环境视野，摄影机画面也只着重于特定区域，因此在操作中相当难得知机器人目前是否处于平稳姿态。

　　凯森斯曾经与一位操作机器人的士兵谈过，士兵说他的机器人在受困而无法自行脱困时，他必须下车并亲自将机器人救出来，而这也是凯森斯与研发团队要避免的，毕竟机器人被创造的意义，并不在于人类需要冒险拯救机器人，而在于避免人类陷入危险。

　　低成本优势可使CRAM大量抛撒

　　本次研究的机器人零部件提供者，是制造民间微型机器人玩具的Dash Robotics公司，而柏克莱大学亦有使用这家公司所生产的产品进行试验的经验（公司人员本身就是柏克莱大学的校友），事实上，CRAM所用的零部件可以视为该公司现有产品成熟的零部件，例如Kamigami机器虫玩具的零部件就与CRAM所用的相当类似。

　　Kamigami机器虫的整体包含装饰外壳、电子零部件、马达、电池、螺栓等，且它除了能以平板电脑或智能手机进行远端遥控外，也可以对特定状况做出简单的回应，比如侦测到光源后传送出信号，或者被碰撞后启动特殊回应等（如快速逃窜或传送信号）。

　　尽管CRAM的成本较Kamigami机器虫高昂，但相较于现今的遥控机器人廉价许多，而这也使得未来若出现依照CRAM的技术标准改进的机器人，因成本低廉，一线人员可大量抛撒这些微型机器人，对现场实施更全面的探查。

　　带给救灾与作战的优势

　　传统的机器人运用，不论在救灾或是作战的层面上，一线人员必须先确认目标的位置（受难者、人质、敌人），以及足以提供人员安全行进的路径（稳固、无埋伏）后，才能确保任务的执行效率，但这样的事前侦察工作风险很高，因此最佳选择就是派遣机器人替人类代劳。

　　另一方面，传统的遥控机器人时常受限于接地系统和体积的构造，而难以穿越震灾、风灾甚至爆炸后产生的瓦砾堆，若强行通过非常容易卡住甚至导致无法自行脱困的翻覆状态，且难以在敌人的耳目之下安全通过。

　　然而，尺寸仅有手掌大小的CRAM软体机器人有着无可比拟的优势，因其体积及弹性赋予它拥有钻进窄缝和孔洞中的能力，如蟑螂一般无孔不入，故可替人类发现重要的目标，以便采取有效措施完成任务。

　　其另一大优势是，可以低廉的价格采购更多数量的CRAM，而非现今的无人机或遥控机器人的高价位取向。此外，电子科技的进步也使得操纵机器人不再需要特别的遥控器，而是可以透过在平板电脑或智能手机中装设APP，并已WIFI连接即可实施操作。

　　尽管目前的CRAM仍只是一个初步的技术验证机，且还无法装设具有实际价值的感测器（比如摄影机、生命探测器等），但科学家们已经尝试将CRAM的后续版本做得更为强大，在机动性上更接近实际的昆虫，而在载重上也将逐渐能负荷一线人员必要的侦测设备。

　　倪卫涛 改编