戴上“肌電假手”，殘疾人可以輕松拿起軟軟的紙杯，一把帶著小小的卷尺的機器人，日后可能登陸月球輕松探取月壤，在網(wǎng)絡(luò)世界中體驗真實的隔空握手也不再是夢……這一切都是機器人的“本領(lǐng)”。
來自東南大學(xué)機器人傳感與控制技術(shù)研究所的宋愛國所長，因為這些神奇的機器人研究中的卓越貢獻，近日被評為江蘇省第十屆優(yōu)秀科技工作者，昨天記者走近了他，探訪了藏在東南大學(xué)里的這個神奇的“變形金剛世界”。
帶把小“卷尺”，登陸月球可輕松“取壤”
嫦娥一號、嫦娥二號相繼“飛天”，我國探月工程正在緊鑼密鼓實施中。預(yù)計在2013年發(fā)射的“嫦娥三號”將實現(xiàn)在月球表面的軟著陸，而宋愛國和他的團隊也已經(jīng)完成了月球土壤取樣儀器的研發(fā)工作。“上世紀60年代，美國、蘇聯(lián)就成功在月球上成功取樣了。不過，他們的取樣儀器體積大、功耗大、重量大。我們研發(fā)的儀器體積很小，很輕便，功耗也小。”宋愛國拿著一個鋼制“卷尺”模樣的小儀器說：“它的伸長臂可以達1米，能進入10厘米的月壤中取樣，一次取40立方厘米。如果取樣的尖頭觸碰到巖石，立即就能通過高頻震動把巖石挪開，如果巖石體積較大，取樣儀會發(fā)出信號給月球車，換個地方繼續(xù)取樣。”
宋愛國說，月球土壤取樣儀的設(shè)計非常精密，對封閉性能的要求特別高，目前的成品已經(jīng)過無數(shù)次試驗，技術(shù)也已經(jīng)很成熟。但是還需要解決儀器的穩(wěn)定性和可靠性問題，“這次‘嫦娥三號’上不會使用，但以后的深空探測上，它會派上大用場。”宋愛國表示。
地面月球車模擬嫦娥三號“登月”遙控
此外，宋愛國和他的研究團隊剛剛完成了“嫦娥三號”的兩臺地面月球車的研制。“它們主要是為進行模擬實驗時使用，和著陸月球的月球車相比，遙控功能相同，機械手相同，不同的就是車體和形狀。”
宋愛國說，由于月球車的地面和嫦娥三號的通訊傳輸?shù)膸捠怯邢薜?，因此指令的發(fā)出，會有一個幾秒鐘的延時，地球上的一個指令，需要幾秒后月球車上才能接受到信號，目前這個遙控的技術(shù)已經(jīng)解決了。
據(jù)了解，“嫦娥三號”登陸點選擇了相對平坦的虹灣，就是盡可能保證月球車的平穩(wěn)。“而到了月球上，月球車采取遙控操作和局部自主的工作方式。”宋愛國表示，大多數(shù)情況下，他的工作由地面發(fā)出指令，但是在一些特殊的情況下，比如避障、地面指令突然中斷等，就要看月球車自身的本事了。
隔空握手，即將成為現(xiàn)實
“你試試操作一下這個機械手，會有特別的感覺。”宋愛國教授指著一臺造型特別的機器對記者說，這臺機器和電腦相連，界面上顯示的是一只正在水池里游泳的鴨子。當記者操作的時候，通過這只機械手，不光能推動這只鴨子，還能感受到鴨子“身體”的彈性。不光如此，宋愛國介紹說，接收到“觸摸”指令后，雖然“機械手”遠離物品，但當“滑過”物體表面的紋路，它就出現(xiàn)明顯的抖動；當物體是熱的，“機械手”上的模板也會變熱……
據(jù)了解，這只厲害的“手”，全名叫做“遙控機械手”，屬于遙控操作機器人，它的用途也是非常廣泛的。比如遠程控制、虛擬實驗室等。“現(xiàn)在盲人上網(wǎng)主要通過聽覺來控制，但如果可以把網(wǎng)絡(luò)的圖片通過專業(yè)轉(zhuǎn)換成我們需要的模式，那么盲人就能直觀感受到這幅圖片到底是什么樣子。”宋愛國說，比如圖片里的桌子放在哪里，圖片里人的位置是什么等，另外，隨著這個技術(shù)的發(fā)展，我們還能實現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)隔空體驗現(xiàn)實世界中“握手”的感覺。
“憤怒的小鳥”這個游戲很多人都喜歡玩，在這個“變形金剛王國”里，也正在“醞釀”一名新成員。“我們希望將這種機械手做得小型化，和手機的手寫筆差不多大。有了它，我們在玩游戲的時候，不光能感受到橡皮筋繃的力度，還能‘觸摸’到小鳥們的‘身體’，真正融入進游戲里。”宋愛國表示，今年這個項目正式啟動，預(yù)計3年后，智能手機和平板電腦就能配備這樣的設(shè)備。
不足1斤的“感官手”能承重5公斤
肢殘人因為手的殘缺，對生活影響很大。但是在這里，已經(jīng)為殘肢人群開發(fā)了“肌電假手”。記者看到，這肌電假肢與人手大小相同，觸感相似，利用機構(gòu)和感知功能一體化的仿生機械設(shè)計模擬人手抓合動作。外表覆蓋有模擬皮膚的硅膠外套，連指甲上的“小月牙”都能看見。使用時，只需運用手腕上揚下壓的動作就能控制肌電假肢抓取物品，例如水杯、雞蛋、鋼筆等。設(shè)備最大的亮點是具有力觸覺，碰觸物體時，會以震動的形式反饋給使用者。
“這種假手現(xiàn)在已經(jīng)研究到第三代了，第三代不光能做很多事情，關(guān)鍵是自帶的傳感器，可以把假手的力度傳到我們的神經(jīng)系統(tǒng)，讓使用者真實感受到使用時的力度，以便做出更精密的動作。”宋愛國說，很多裝了假肢的殘疾人都有這樣的體會，雖然可以走動，但其實并不知道自己用了多大力，比如在下樓梯時經(jīng)常會感覺樓梯隨時會倒塌，這就是對力度無法把握。第三代的“肌電假手”可以滿足這樣的需求。“我們做過實驗，這種自身重量不足1斤的假手最重能承受3—5公斤東西。”宋愛國表示，這種假手主要針對的是還保有手腕的殘疾人，如果沒有手腕，還可以使用腦電控制的假手，這種假手目前正在研究階段。
為空間站機械手臂安上“感覺系統(tǒng)”
在中國空間站的組建計劃中，機械手臂的作用不容忽視，專家告訴記者，在空間站大約6至7小時就需要經(jīng)歷了一個白天和黑夜。為了提高航天員的工作效率，機械手臂需要將宇航員送到艙外，而其本身還要負責進行更換空間站元器件以及太陽能電池板的工作。
而在空間站機械手臂的研制過程中，機械手臂六維力傳感器是一個研究難點，它相當于機器人的感覺系統(tǒng)，其精確度對于操控機器人如何工作至關(guān)重要。
宋愛國解釋說，目前對于作用力的傳感器技術(shù)，單一維度的傳感器精度已經(jīng)非常高，精確率可以達到萬分之一級別，然而對于多維力的傳感器來說精確率卻不容易提高，這是因為不同維度的力會有耦合作用，另外在太空環(huán)境中由于高低溫環(huán)境，都是對傳感器穩(wěn)定度和壽命的一個考驗，目前東南大學(xué)機器人傳感與控制研究所已經(jīng)攻克了這個難題，為中國空間站機械手臂提供更靈敏的感覺系統(tǒng)。
