既然狗年馬上就要到了，咱們來聊聊機(jī)器蛇吧。
在這個非常尷尬的開頭之后，我們來進(jìn)入今天的正題：大家都知道，無人駕駛在2017年不可謂不火，各種車開始上路，各種計(jì)劃開始實(shí)行，一些關(guān)鍵性技術(shù)也有突破。但是，這些都跟今天的內(nèi)容有關(guān)系嗎？當(dāng)然沒有！
……
其實(shí)我想說的是，無人駕駛這么火熱，是否大家有種感覺：汽車將會是我們最先看到進(jìn)入商業(yè)化的無人機(jī)器人呢？如果真這么想，很可能就錯了哦。
我們注意到這樣一個件事：在跟相關(guān)領(lǐng)域的工程學(xué)專家討論無人機(jī)器人現(xiàn)狀的時候，專家們往往會列舉幾個自己認(rèn)為目前比較成功的方向，其中最大比率跟無人駕駛汽車放在一起的，居然是機(jī)器蛇。
一般來說，類似人體的兩足機(jī)器人可能會更符合消費(fèi)者的心理預(yù)期。但機(jī)器蛇那么恐怖，還有點(diǎn)恐怖片的感覺，怎么會被認(rèn)為離普通人的生活很近，并且進(jìn)展很成功呢？
那可就說來話長了，嘶嘶嘶嘶……
機(jī)器蛇簡史
機(jī)器蛇最早的根源，大概是來自人類的一個疑問：到底怎么樣才能讓機(jī)器走的又快又穩(wěn)？
這可是個大課題，人類足足研究了幾千年。最開始，人類發(fā)明了輪子，輪子比較快又穩(wěn)定，但是沒法在復(fù)雜路況通行。于是人類發(fā)明了履帶，這東西通過性好，但是速度下降了，對環(huán)境的適應(yīng)性也下降了。于是人類又開始琢磨仿生足，像哺乳動物一樣走路的機(jī)器人適應(yīng)性比較好，但是速度奇慢，能耗太大。
饒了一個圈又轉(zhuǎn)回來之后。在1946年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蛇這種動物，是自然界中運(yùn)動形式最多，能通過最復(fù)雜環(huán)境的動物。它們的骨骼結(jié)構(gòu)，可以支持蜿蜒運(yùn)動、鼓風(fēng)琴運(yùn)動、直線運(yùn)動和側(cè)移運(yùn)動四種運(yùn)動形式，無論是障礙物、泥濘、沙土、墻壁甚至深水，都擋不住蛇的“腳步”。
收到生物學(xué)的啟發(fā)，機(jī)械界開始了對仿生蛇的研究。
1972年，日本東京大學(xué)的 Hirose教授團(tuán)隊(duì)成功研制了第一臺蛇形機(jī)器人，被其命名為ACM。當(dāng)時第一代ACM的速度可達(dá)40厘米每秒，能進(jìn)行崎嶇路面的移動通過。隨后ACM進(jìn)行了多代的更新研發(fā)，到ACM-R5的時候，已經(jīng)發(fā)展到了水陸兩棲，并且可以進(jìn)行探雷應(yīng)用。
?。ˋCM-R5 仿生蛇機(jī)器人）
此后，日本NEC公司的Takanash 開發(fā)研制了一種由剛體關(guān)節(jié)連接而成的蛇形機(jī)器人。由于每個關(guān)節(jié)都可以獨(dú)自驅(qū)動，這條機(jī)器蛇實(shí)現(xiàn)了三維空間的運(yùn)動。雖然還不能真正模仿蛇的運(yùn)動方式，但已經(jīng)可以進(jìn)行攀爬、翻閱運(yùn)動，并開始投入搜救等場景的應(yīng)用。
到了1995年到2000年間，機(jī)器蛇迎來了井噴式的發(fā)展周期。這段時間里，各國爭相開始機(jī)器蛇的研究。比如德國國家信息技術(shù)研究中心開發(fā)了著名的GMD-Snake機(jī)器蛇，首次將傳感器放在了機(jī)器蛇身上，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器蛇的探知作用。
美國的卡耐基梅隆大學(xué)，是機(jī)器蛇研究的國際重鎮(zhèn)，1999年該校團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一種硅鋁復(fù)合材料的機(jī)器蛇皮膚，正式讓機(jī)器蛇可以在沙土、泥塘中穿行。后來這一技術(shù)被NASA采用并改進(jìn)。2002年NASA發(fā)布了一種用于外太空探測的機(jī)器蛇。至此機(jī)器蛇的應(yīng)用維度開始廣泛增長，并成為機(jī)械工程學(xué)中的普遍研究反向。
我國在機(jī)器蛇上也有很多突破，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所，上海交通大學(xué)等單位、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中科院等院校和研究機(jī)構(gòu)都在持續(xù)發(fā)布機(jī)器蛇研究成果。
縱觀整個機(jī)器蛇的發(fā)展史，其實(shí)不難發(fā)現(xiàn)，這個領(lǐng)域的研究水準(zhǔn)遠(yuǎn)比我們想象的更超前。到今天就更是如此了。
魔法與蛇：機(jī)器蛇的研究現(xiàn)狀
去年6月，日本東北大學(xué)等組成的研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)布了一款可以通過噴射空氣抬高配備攝像頭，能穿越較高障礙物，在廢墟內(nèi)部自由展開搜索的機(jī)器蛇。
這條機(jī)器蛇采用了大量的軟性材料，混合了多種動力，穿越能力非常之高。并且直徑很小，即使是廢墟也能鉆進(jìn)去，堪稱救援搜救領(lǐng)域的神器。
之所以開發(fā)出這種機(jī)器蛇，是因?yàn)橹叭毡靖u核電站泄露之后，參與調(diào)查的機(jī)器蛇無法穿越較高障礙物，并且拍攝的視野不夠。于是干脆開發(fā)出了這個超細(xì)、超能爬、還能用噴氣抬升鏡頭的“新物種”。
從中可以想見，在今天的特種需求里，超高靈活度和感知力的定制版機(jī)器蛇，已經(jīng)不在話下了。
相較于搜救蛇，更強(qiáng)悍的當(dāng)然是軍用的“偵查蛇”。
2012年，以色列理工大學(xué)曾展示過他們研發(fā)的軍用機(jī)械蛇。這種采用了迷彩的機(jī)器蛇，乍看之下跟真蛇沒什么區(qū)別。能夠攀爬、偽裝、潛水，并且攜帶了攝像頭和竊聽裝置，最令人毛骨悚然的，是這條蛇還是款武器，可以攜帶爆炸物進(jìn)行暗殺。
而作為機(jī)器蛇的傳統(tǒng)重鎮(zhèn)，美國也不甘示弱，2014年卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所的研究團(tuán)隊(duì)展示了一款最像真蛇運(yùn)動方式的機(jī)器蛇。它的特點(diǎn)是基本可以做到所有蛇的運(yùn)動軌跡，甚至能像真蛇一樣，纏繞住人的大腿爬上去。
總體而言，在今天我們能想象的所有機(jī)器蛇的技術(shù)能力，都已經(jīng)被科學(xué)家全部或者部分攻克了。很多機(jī)器蛇研究成果絕對堪稱魔法級別的技術(shù)作品。當(dāng)然，缺點(diǎn)是機(jī)器蛇的動力裝置和結(jié)構(gòu)材料都造價(jià)太高，難以出產(chǎn)消費(fèi)級產(chǎn)品。當(dāng)然了，讓人隨便買一條能竊聽，能攀爬，能鉆洞的機(jī)器蛇，感覺也挺危險(xiǎn)的。
在目前的機(jī)器蛇研究中，還主要將面對四大問題：更好的結(jié)構(gòu)和材料研究；動力模式及續(xù)航能力研究；環(huán)境感知與自主判斷能力研究；嵌入式操作系統(tǒng)研究。
可以說，對比無人駕駛汽車來說，機(jī)器蛇的技術(shù)成熟度一點(diǎn)都不差。更重要的是，相比于其他只能賣萌和秀空翻的仿生機(jī)器人來說，機(jī)器蛇是今天距離商用最近的一種仿生機(jī)器人。
最接近全面商用的仿生機(jī)器人
在仿生機(jī)器人里，機(jī)器蛇是最接近全面商用的，沒有之一。
因?yàn)橄啾容^來說，仿昆蟲機(jī)器人的作用太小，仿生足機(jī)器人目前還非常不成熟。只有機(jī)器人，從上世紀(jì)70年代就已經(jīng)投入使用，直到今天。
今天機(jī)器蛇的商用主要來自于四個領(lǐng)域：
1.救災(zāi)、廢墟探測、考古發(fā)掘
依舊是來自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)器蛇，目前已經(jīng)嘗試過參與埃及吉薩金字塔考古，對奧地利的廢棄發(fā)電站進(jìn)行內(nèi)部探測，并且參與探測和維修過學(xué)校所在地匹茲堡的下水道。就目前來看，高水準(zhǔn)的機(jī)器蛇已經(jīng)可以完美使用各種城市環(huán)境，在探測和基礎(chǔ)設(shè)施修復(fù)上完全沒有問題。
同時，機(jī)器蛇也在參與地震后搜救等工作，但這些工作對感知系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的要求更強(qiáng)，商業(yè)應(yīng)用還處在發(fā)展中。
2.醫(yī)療手術(shù)
很難讓人想到的是，同樣運(yùn)用機(jī)器蛇運(yùn)動以及材料技術(shù)的超小型機(jī)器蛇，正在努力向人體內(nèi)部爬去。比如美國一家叫做Medrobotics的公司，已經(jīng)獲得了美國食品藥物管理局的批準(zhǔn)，同意其技術(shù)參與微創(chuàng)手術(shù)治療。這家公司的解決方案，是讓機(jī)器蛇爬進(jìn)直腸里進(jìn)行手術(shù)，最大的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然就是不留疤痕。
更酷的手術(shù)機(jī)器蛇，正在努力參與心臟手術(shù)。據(jù)說很快會有能夠爬進(jìn)人類新房里的手術(shù)機(jī)器蛇誕生。
3.太空探索
以NASA為代表機(jī)器蛇研究，是機(jī)器蛇進(jìn)太空的第一勢力。其機(jī)器蛇技術(shù)，可以參與空間站維護(hù)、外星探測等多種宇航需要。而歐洲太空總署，正在支持挪威科技工業(yè)研究院研究開發(fā)用戶火星表面探測的機(jī)器蛇，最初版本已經(jīng)對外發(fā)布。
4.安全防控，排爆，軍事偵查
以色列理工代表的機(jī)器蛇軍用派，這些年也在努力將機(jī)器蛇技術(shù)面向商用推廣。不僅用于安防、排爆的機(jī)器蛇廣泛投入使用。從軍用機(jī)器蛇衍生出的無人駕駛和無人機(jī)技術(shù)更是在不同領(lǐng)域帶來影響。
說不定某一天，我們會在街上隨處可見機(jī)器蛇來完成各種工作。到那時候，不知道怕蛇的孩子們會有什么感想…
