2011 年 2 月，NASA 向國(guó)際空間站發(fā)射 Robonaut 2 太空機(jī)器人。這對(duì)于身處休斯頓 NASA 約翰遜航天中心的 Robonaut 團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)巨大的成就。

當(dāng)然，Robonaut 并不是太空中的唯一機(jī)器人，不過(guò)它的特別之處在于，是第一個(gè)去地球以外的地方執(zhí)行任務(wù)的先進(jìn)人形機(jī)器人。

在國(guó)際空間站上，機(jī)器人會(huì)與宇航員并肩作戰(zhàn)，主要工作任務(wù)在于執(zhí)行國(guó)際空間站中危險(xiǎn)及重復(fù)的太空作業(yè)，以節(jié)省人手和時(shí)間使得空間站的其他宇航員可以從事其他太空研究工作。

事情一度進(jìn)展地很順利。機(jī)器人從泡沫封裝中取出后，被安置在命運(yùn)號(hào)實(shí)驗(yàn)艙中。

2011 年 8 月，Robonaut 首次投入使用。一直到 2012 年，它都在進(jìn)行著根據(jù)地面的遠(yuǎn)程操控執(zhí)行按開關(guān)和清潔扶手的訓(xùn)練。

大約每一個(gè)月左右，宇航員就會(huì)設(shè)置一次 Robonaut，然后讓它去空間站執(zhí)行幾個(gè)小時(shí)的研究任務(wù)。人們希望 Robonaut 可以從一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)變成一個(gè)人類航天器中的有用幫手。

同人類宇航員一樣，機(jī)器宇航員 Robonaut 也有自己的 Twitter 賬號(hào)，上面寫著：「快看看我，我在太空里呢！」

但在 2014 年，事情出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)，NASA 決定開展一項(xiàng)較為復(fù)雜且頗具風(fēng)險(xiǎn)的升級(jí)。

此前，送到國(guó)際空間站的 Robonaut 只是有一對(duì)胳膊、頭部和軀干，現(xiàn)在 NASA 想要給它加上一雙腿。

這樣做的目地是讓 Robonaut 可以更加方便地在空間站里移動(dòng)。可以擺動(dòng)的細(xì)長(zhǎng)的腿幾乎可以算得上是機(jī)器人的第二雙手臂，這樣它們就能通過(guò)握住扶手在空間站周圍移動(dòng)，功能將得到顯著的增強(qiáng)。

然而，這項(xiàng)升級(jí)卻并沒有按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)，反而產(chǎn)生了一些宇航員長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法解決的問題。

在過(guò)去幾年里，Robonaut 幾乎是毫無(wú)建樹的。國(guó)際空間站狀態(tài)報(bào)告顯示，上一次機(jī)器人完成全部科研任務(wù)的時(shí)間是在 2013 年 12 月。近日，NASA 宣布，Robonaut 2 將返回地球由地面的工作人員進(jìn)行修理。

2013 年 1 月，Robonaut 在執(zhí)行任務(wù)

事實(shí)上，讓 Robonaut 移動(dòng)是 NASA 對(duì)宇航機(jī)器人的長(zhǎng)期規(guī)劃中的一個(gè)環(huán)節(jié)。NASA 最初打算將 Robonaut 的操作能力分為三個(gè)階段。

第一階段是固定作業(yè)，2013 年底，Robonaut 軀干就成功完成了這項(xiàng)任務(wù)。第二階段是艙內(nèi)活動(dòng)，在這個(gè)階段，Robonaut 需要在國(guó)際空間站內(nèi)移動(dòng)，因此引入了腿。而腿也是第三階段艙外活動(dòng)的關(guān)鍵，這一階段要在站外的真空中工作，而這種情況下需要對(duì)機(jī)器人的重要硬件進(jìn)行更多的升級(jí)。

「空間站計(jì)劃一直在擴(kuò)展我們所能觸及的能力邊界，」NASA 約翰遜航天中心 Robonaut 項(xiàng)目經(jīng)理 Julia Badger 接受采訪時(shí)說(shuō)道，「如果機(jī)器人能夠走動(dòng)，那么就可以去做物流管理，或是清理、修理過(guò)濾器。移動(dòng)是我們開發(fā)和測(cè)試的下一個(gè)級(jí)別的功能。」

Robonaut 的腿

但是，給國(guó)際空間站里的 Robonaut 添加新的腿并不是簡(jiǎn)單地把這些部件運(yùn)送到空間站，而是要把它們連接到 Robonaut 的軀干上。

腿部的安裝需要升級(jí)大量 Robonaut 的核心硬件，包括新的計(jì)算機(jī)以及連接腿和機(jī)器人主處理器的接線，這其中還涉及復(fù)雜的機(jī)械裝配過(guò)程。更難的地方是，Robonaut 最初是一個(gè)在地球上使用的研究機(jī)器人。Badger 說(shuō)：「Robonaut 根本不是設(shè)計(jì)給宇航員使用的。它是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人，只是我們找機(jī)會(huì)把它送上了太空而已?！?/p>

即使是 NASA，對(duì)于這次添加腿部的升級(jí)也很費(fèi)勁。

當(dāng)被問及團(tuán)隊(duì)是否有信心時(shí)，Badger 說(shuō)：「我絕對(duì)不認(rèn)為我們有信心，國(guó)際空間站主要是嘗試新鮮事物，我們?cè)陂_發(fā)這些程序的過(guò)程中學(xué)到了很多東西，也讓宇航員完成了復(fù)雜的手術(shù)?！?/p>

她補(bǔ)充說(shuō)，宇航員「做得很好」，機(jī)器人的問題沒有解決與宇航員無(wú)關(guān)，主要原因在于硬件的復(fù)雜性。

在國(guó)際空間站接受手術(shù)的 Robonaut

NASA 預(yù)計(jì)，在地球上 Robonaut 團(tuán)隊(duì)需要 14 個(gè)小時(shí)才能完成的腿部升級(jí)，需要花費(fèi)宇航員大約 20 個(gè)小時(shí)的時(shí)間完成，不過(guò)實(shí)際上最后用了 40 個(gè)小時(shí)。2014 年 7 月 16 日，這項(xiàng)工作開始了，并在 8 月 28 日成功結(jié)束。

可是緊接著，NASA 約翰遜航天中心的 Robonaut 團(tuán)隊(duì)就意識(shí)到出現(xiàn)了一些問題。

8 月 29 日，宇航機(jī)器人只有部分通電，但人們無(wú)法在地面上看到任何遙感勘測(cè)信號(hào)。不久，通過(guò)固定一根松動(dòng)的導(dǎo)線，機(jī)器人通過(guò)了檢驗(yàn)，但在 12 月 17 日的又一次操作中（升級(jí)后第一次用電動(dòng)機(jī)對(duì) Robonaut 通電時(shí)），它的腿不能移動(dòng)了。

2014 年完成升級(jí)后，NASA 宇航員 Steve Swanson 和 Robonaut

2015 年 1 月到 8 月，宇航員和地面上的團(tuán)隊(duì)記錄了宇航機(jī)器人一系列不穩(wěn)定的行為，包括傳感器故障、通信故障以及重復(fù)的處理器鎖定。到了 9 月份，持續(xù)的故障診斷表明問題出在了 Robonaut 處理器的電源上。

Badger 表示：「使用我們的操作窗口開始讓計(jì)算機(jī)開始失去電力了，而且隨著時(shí)間的推移情況會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的電力循環(huán)情況會(huì)有所改善。但問題是，這種情況是間歇性的，有時(shí)我們可以打開計(jì)算機(jī)，有時(shí)計(jì)算機(jī)卻會(huì)立即失效，所以數(shù)據(jù)并不可信，這是非?；靵y的?！?/p>

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)器人專家 David Wettergreen 專門研究進(jìn)行星際探測(cè)的自動(dòng)化機(jī)器人。他解釋說(shuō)，機(jī)器人系統(tǒng)的復(fù)雜性使錯(cuò)誤的檢測(cè)和預(yù)防成為了一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

「對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果運(yùn)行不正常，我們可以對(duì)它進(jìn)行調(diào)試和修復(fù)，就像你的車。但如果是一個(gè)很難理解的機(jī)器人系統(tǒng)，如一個(gè)自主水下飛行器，或者說(shuō)是那些把安全擺在第一位的機(jī)器，如一輛自動(dòng)駕駛汽車，那就要在事前理解和最小化所有的失效模式，不然的話，機(jī)器人就需要有自我診斷和修復(fù)的能力?！顾a(bǔ)充道，讓事情更具挑戰(zhàn)性的是，像容錯(cuò)和故障恢復(fù)這類技術(shù)都是需要大量實(shí)踐的研究領(lǐng)域。

「Robonaut 必須結(jié)實(shí)又安全，所以系統(tǒng)工程需要處于技術(shù)的尖端?！顾f(shuō)道。

國(guó)際空間站每日的總結(jié)報(bào)告呈現(xiàn)了站上的宇航員和地面上的 Robonaut 團(tuán)隊(duì)為了掌握機(jī)器人故障所作的努力。

到了 2016 年的時(shí)候，看樣子 Robonaut 已經(jīng)被拆分且每一部分都被認(rèn)真地展開分析了。

宇航員 Tim Kopra 安裝了一臺(tái)抓拍到標(biāo)準(zhǔn)清晰視頻的攝像機(jī)，可以拍攝 Robonaut 操作系統(tǒng)下行鏈路。他使用示波器、萬(wàn)用表和電流探頭，通過(guò)分離控制器卡并在不使用控制器卡的情況下成功給 Robonaut 供電，幫助指導(dǎo)地面上的團(tuán)隊(duì)解決這一問題。今天收集的數(shù)據(jù)將在地面上分析，以確定電源故障的原因。

——摘自國(guó)際航空站的每日總結(jié)報(bào)告，2016 年 3 月 23 日

NASA 約翰遜航天中心的 Robonaut 團(tuán)隊(duì)猜測(cè)，兩張控制器卡可能是肇事者，他們甚至把這兩張卡運(yùn)回地球進(jìn)行了測(cè)試。但在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了檢測(cè)后，卡片沒有問題。因此，還要繼續(xù)展開搜索，團(tuán)隊(duì)開始檢查每一個(gè)部件，包括機(jī)器人內(nèi)部的大量電纜：

宇航員在 Robonaut 底盤上進(jìn)行了故障排除。以前的故障診斷表明，可能出現(xiàn)問題的兩張卡已經(jīng)在地面上完成了測(cè)試，排除了問題。今天，團(tuán)隊(duì)首次在通電時(shí)得到了 Robonaut 的良好回應(yīng)。工作中 Robonaut 的指示燈與預(yù)期的一樣。在嘗試減小間歇性故障狀態(tài)時(shí)，團(tuán)隊(duì)執(zhí)行了各種電源循環(huán)。最后，團(tuán)隊(duì)排除了其中幾條電纜的故障可能性?？刂瓶ㄎ磸?CPCI[小型外圍組件互連] 底盤中移除并保持安裝狀態(tài)，所有電纜保持連接狀態(tài)。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃分析結(jié)果以采取下一步行動(dòng)。

——摘自國(guó)際航空站的每日總結(jié)報(bào)告，2017 年 2 月 1 日

太空硬件在送往太空之前是經(jīng)過(guò)了艱苦的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和測(cè)試的，但讓人驚訝的是，NASA 的機(jī)器人專家無(wú)法更快地完成診斷并解決問題。

不過(guò)，宇航員們正在研究的國(guó)際空間站 Robonaut 與約翰遜航天中心的其它五個(gè) Robonaut 略有不同。Badger 表示，空間站 Robonaut 是一個(gè) R2-B 模型，而地球上的機(jī)器人是 R2-C，后者是「相當(dāng)重要的設(shè)計(jì)迭代」。而在問題出現(xiàn)的多年后，這些差異最終給出了問題的答案。

2017 年 2 月 1 日，宇航員 Peggy Whitson、Shane Kimbrough 和 Thomas Pasquet 修理 Robonaut

「我們花了很長(zhǎng)時(shí)間才弄明白是怎么回事。但最終結(jié)果是這個(gè)空間站機(jī)器人丟失了從計(jì)算機(jī)機(jī)箱到地面的鏈接路徑。目前它正在尋找另一個(gè)路徑，而這使機(jī)器人慢慢退化。因?yàn)檫@個(gè)軌道上的機(jī)器人與地面上的機(jī)器人不同，所以沒有地面路徑就是一個(gè)錯(cuò)誤，而且很難找到?！笲adger 說(shuō)。

這意味著，機(jī)器人的某些電路和處理器可能根本就沒有電，而其它組件則因過(guò)大的電流而被燒壞。這個(gè)錯(cuò)誤正在慢慢殺死 Robonaut。

來(lái)自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的 Wettergreen 表示自己也遇到過(guò)類似的情況。他說(shuō)：「接地回路的錯(cuò)誤最初看起來(lái)與根本原因無(wú)關(guān)，但卻可能使電子設(shè)備出現(xiàn)各種奇怪的癥狀。調(diào)試需要很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)閱栴}不容易重現(xiàn)，而且也不會(huì)經(jīng)常發(fā)生?！?/p>

「和 @AstroRobonaut 專家解決一些技術(shù)問題進(jìn)行故障排除，」宇航員 Tim Kopra 在 2016 年 3 月發(fā)推文，「但它還沒有被完全修好?！?/span>

2017 年 8 月，宇航員嘗試安裝了接地跳線，但并沒有解決問題。

Badger 解釋說(shuō)，他們想要加跳線的地方被一種特殊的密封劑覆蓋，該密封劑可以保護(hù)敏感部件，使其避免由于國(guó)際空間站周圍漂浮的異物所引起的短路。宇航員要試圖把這些去掉。

「這并不容易?！?，Badger 說(shuō)，「關(guān)于這些連接是否有效還存在一些疑問，我們相信缺少導(dǎo)線還可能引起其它問題。」

事實(shí)上，其它可能出現(xiàn)的問題也非常令人擔(dān)憂。即使最初的接地問題已經(jīng)被解決，Robonaut 團(tuán)隊(duì)也不確定是否還存在另外的問題。

Robonaut 幾乎肯定會(huì)因電流未經(jīng)檢查地流過(guò)計(jì)算機(jī)機(jī)箱而導(dǎo)致明顯的退化，但團(tuán)隊(duì)也會(huì)嘗試一下其它的方向。當(dāng) NASA 問他們是否想在接下來(lái)的補(bǔ)給任務(wù)的回程航班上用一些空余的貨艙將 Robonaut 帶回家時(shí)，團(tuán)隊(duì)同意了。

根據(jù)他們掌握的設(shè)備損害程度，他們計(jì)劃修復(fù)國(guó)際空間站 Robonaut 并將其送回站內(nèi)，或?qū)⑵鋼Q為約翰遜航天中心的另一個(gè) R2-C 機(jī)器人，然后將其發(fā)送。

Badger 并沒有提供將 Robonaut 送回國(guó)際站的時(shí)間表。這是一個(gè)沒有保證的任務(wù)，也是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。而且，他們的第二次發(fā)送可能還不能給機(jī)器人連接腿。盡管 Badger 承諾，如果是這樣的話，「重新整合將會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單?！?/p>

「@Astro_sabot（宇航員 Mark T. Vande Hei）和我準(zhǔn)備好要把 Robonaut 帶回地球進(jìn)行維修和翻新。」Joseph M. Acaba 發(fā)推文，并附上了一張 2 月 9 日的照片?！肝覀兤诖幕貧w。」

2018 年 2 月，Robonaut 被打包送回地球。

Badger 說(shuō)：「國(guó)際空間站是要嘗試不同的事情。我認(rèn)為 Robonaut 讓我們了解了許多關(guān)于未來(lái)太空中人形機(jī)器人的知識(shí)?，F(xiàn)在，我們將它帶回家修理，在不久的將來(lái)，我們也希望能再次把它送回去，繼續(xù)幫助我們完成探索最新技術(shù)的初心?！?/span>