去年12月，在英國徹特西(Chertsey)的DERA(防御評(píng)價(jià)研究局)的Land 系統(tǒng)部舉行了機(jī)器人學(xué)專門興趣組的會(huì)議，并且演講了機(jī)器人學(xué)在軍用和爆炸物處理中的應(yīng)用。介紹了對(duì)未來智能車的預(yù)測(cè)；戰(zhàn)場(chǎng)工場(chǎng)和機(jī)器人學(xué)；RAVEN爆炸物處理系統(tǒng)；用于機(jī)器人學(xué)的立體視覺和虛擬現(xiàn)實(shí)；和爆炸物處理方面的三篇文章。在午休時(shí)演示了會(huì)上評(píng)論的一些系統(tǒng)。

導(dǎo)言

　　歡迎參加SILVER先進(jìn)機(jī)器人學(xué)和智能自動(dòng)化專門興趣組的12月會(huì)議,在英國徹特西的防御評(píng)價(jià)研究局(DERA)Land系統(tǒng)部的David Anderson博士說明了DERA仍然是個(gè)政府組織，承包資金基本上來自政府，也從工業(yè)部門籌資。這是個(gè)很大的組織，具有約十億英鎊的營業(yè)額和1萬2千個(gè)工作人員,且大部分是科學(xué)家和工程師。

　　DERA在壓力下已經(jīng)保證將它的知識(shí)更廣泛地用于工業(yè)，并在為防務(wù)和非防務(wù)兩種目的傳送其技術(shù)經(jīng)驗(yàn)方面有些成績。最近，政府在DERA中建立了防御的多種經(jīng)營機(jī)構(gòu)，其目的是使得DERA 的技術(shù)能為中小型企業(yè)更容易利用，并且也加速在非防務(wù)市場(chǎng)利用防務(wù)知識(shí)。

　　事實(shí)上技術(shù)只是給出有利條件。在軍事方面它意昧著戰(zhàn)場(chǎng)上的有利條件,而在競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中它意昧著獲得競(jìng)爭(zhēng)中的領(lǐng)先地位。

　　Anderson博士說，今天的裝甲戰(zhàn)車越來越象個(gè)非常復(fù)雜的電子設(shè)備和傳感器系統(tǒng)的外圍金屬箱。大部分附加值是在各種傳感器和電子設(shè)備上。DERA 中的各種開發(fā)技能是軍事所需要和雇用的，但它們可被跨部門應(yīng)用，而一個(gè)正在增長的工作部分是使用和發(fā)布信息，以更大的程度卷入研究院和工業(yè)界。

智能車

　　在DERA Land系統(tǒng)部SRP的經(jīng)理Clinton Blackman推測(cè)直到2020年未來的趨勢(shì)，機(jī)器人學(xué)和智能車。Blackman已涉及“機(jī)動(dòng)的高級(jí)機(jī)器人學(xué)防御主動(dòng)權(quán)”， 其研究在Clertsey實(shí)驗(yàn)室十年前就開始了。他已為“Land 作戰(zhàn)2020” 工作, 長期的科學(xué)研究即將完成。

　　第一臺(tái)爆炸物處理機(jī)器人“獨(dú)輪手推車”(Wheel barrow)是約于1972年在徹特西度周末時(shí)發(fā)明的。它用兩根繩來控制：一根控制向左，另一根控制向右。根據(jù)這一原始的想法，今天已開發(fā)出許多機(jī)械。MARDI計(jì)劃的目的在于更遠(yuǎn)范圍的遙控操作。設(shè)計(jì)了一個(gè)快而靈活并且攜帶了車載武器的全尺寸平臺(tái)。關(guān)鍵的因素是它基于現(xiàn)有的“蝎”(Scorpion)軍用車。它繼續(xù)更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，并研制在下世紀(jì)初可投入使用的戰(zhàn)車。

　　上述的這些設(shè)計(jì)，到目前為止在軍用環(huán)境方面沒產(chǎn)生什么影響，但是卻在航行智能控制和交通管理智能系統(tǒng)上提高了國民興趣。若要服務(wù)于國民,需要很長時(shí)間�！蔼�(dú)輪手推車”要10～15年遠(yuǎn)距離遙控操作也要相當(dāng)長的持續(xù)時(shí)間，而且實(shí)際上還沒有智能。這不只是簡(jiǎn)單的技術(shù)推動(dòng)問題。為了成功,必須要有實(shí)際用戶對(duì)機(jī)器人學(xué)的需求，而到目前為止，必要的條件是要有人參與循環(huán)。

　　DERA 已完成試圖使國防部機(jī)器人學(xué)研究計(jì)劃恢復(fù)生氣的戰(zhàn)略研究。考察了全球的機(jī)器人學(xué)技術(shù)之后，DERA向國防部(MOD)提出了建議，建議中涉及了大量的機(jī)器人學(xué)概念，其范圍從基本的術(shù)語到未來的想法。有兩個(gè)概念與機(jī)器人入?yún)嚭痛鎯?chǔ)分配有關(guān)。有一個(gè)方案用于被污染的陸地和地雷區(qū)清除的艱苦工作；航空觀察有兩種選擇：一個(gè)大型的航空器網(wǎng)絡(luò)，它們知道何時(shí)何地返回加油等等；一個(gè)小型的靈敏機(jī)器人用于分配工作；檢測(cè)留下來的人等等。

　　鑒于新概念離能達(dá)到生產(chǎn)的時(shí)間太長，DERA探求了大量適當(dāng)成熟的技術(shù)，它們不再需要冗長的形容，并可望在2010年至2030年間獲得成果。其中有些是很有意義的，包括從任何事物中能識(shí)別出人來。有些同事已發(fā)現(xiàn)一些類似的蛾，它們只能由人測(cè)到所發(fā)出的信息素(Pheromone)。容錯(cuò)協(xié)同系統(tǒng)是另一個(gè)重要領(lǐng)域。加速避免碰撞也是重要的領(lǐng)域，特別是用于國民市場(chǎng)上的。

　　在這個(gè)研究的基礎(chǔ)上，DERA明確建議貨幣投放在何處最好。該想法是,小投資會(huì)預(yù)先取得大收益。這些領(lǐng)域最終被確認(rèn)為圖像操作和分析；為各種各樣的應(yīng)用配置不同的技術(shù)；和協(xié)同工作，因?yàn)橐颜J(rèn)識(shí)到幾個(gè)系統(tǒng)一起工作比之一個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)工作會(huì)有效得多。

　　北約已經(jīng)研究辨別出一系列到2020年重要的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。作為他們?cè)u(píng)價(jià)的一部分，已舉行了大量的國際的“技術(shù)模擬演習(xí)討論會(huì)”，其中有些包含了機(jī)器人學(xué)。有一個(gè)是比較大型標(biāo)準(zhǔn)的無人駕駛飛機(jī)，它具有武器攜帶能力，它飛得很高并具有強(qiáng)大的傳感能力。另一個(gè)是自動(dòng)機(jī)器人地面武器。它可攜帶導(dǎo)彈，可被航空遞送，能在周圍運(yùn)動(dòng)和自我隱藏，并在必要時(shí)被引爆。再就是“入門/出門自動(dòng)導(dǎo)航器”，它能從打開的窗戶飛進(jìn)飛出，落在有利位置并進(jìn)行觀察。最后是“R2D2”型機(jī)器人哨兵。

　　對(duì)于未來，Blackman并不認(rèn)為機(jī)器人武器能起非常重要的作用。Demining和其他的人道主義者的工作有著巨大的政治性，而且冒著工作任務(wù)中的危險(xiǎn)日益不受歡迎。在此領(lǐng)域也還有更多的工作在進(jìn)行著。

　　Blackman說，后勤學(xué)可設(shè)想是最少裝飾而有意義的學(xué)科，而且它特別重要。如果你在恰當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)于恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間不能得到你的裝備，則會(huì)出現(xiàn)不幸，Balaclava戰(zhàn)役就是個(gè)歷史事例。在那兒以錯(cuò)誤規(guī)格的炮彈提供給了部隊(duì)。步行不能保證越過設(shè)防地帶，因此引路的智能車有了用武之地，就如同在某大型超級(jí)市場(chǎng)所體驗(yàn)的那樣，它具有超越國界的導(dǎo)引車網(wǎng)絡(luò)。還有個(gè)用于聯(lián)接無人駕駛飛機(jī)(UAV)和地面自動(dòng)車(UGV)的各種傳感器進(jìn)行信息收集的。

　　然而，Blackman預(yù)告，微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)超越了信息收集任務(wù)中的機(jī)器人學(xué)。它會(huì)是個(gè)硬幣大小的器件，圍繞著戰(zhàn)場(chǎng)自動(dòng)行走，具有傳感器、微處理器、電源和通信手段。它不是特別準(zhǔn)確，但是便宜，并且可大量地一起應(yīng)用。

戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人學(xué)

　　陸軍中校Ian Blanks談及了顧客對(duì)地面機(jī)器人學(xué)的感受，他是國防部(MOD)中有關(guān)負(fù)責(zé)人，在執(zhí)行別的一些任務(wù)時(shí)，涉及到的機(jī)器人學(xué)研究題目是實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)(Land Systems)的關(guān)鍵。

軍隊(duì)關(guān)注機(jī)器人學(xué)是期望:

l提高性能和操作效能
l減少對(duì)人的危險(xiǎn)
l由節(jié)省資源、人力或系統(tǒng)需求帶來效益

　　國防部(MOD)主辦的技術(shù)研討涉及已知的技術(shù)領(lǐng)域，或者那些為將來遠(yuǎn)程操作和地面遙控車(RLV)系統(tǒng)需求的會(huì)議認(rèn)為是重要的技術(shù)領(lǐng)域。專門領(lǐng)域包括遠(yuǎn)程存在和立體視覺；擴(kuò)大真實(shí)性；新穎的視覺技術(shù)；圖像壓縮；圖像處理和光流量。

　　擴(kuò)大真實(shí)性，特別是圖解目標(biāo)定位能夠覆蓋視頻圖像。該領(lǐng)域的一些任務(wù)正開始被薩里(Surrey)大學(xué)的Pretlove博士的工作小組所完成。一個(gè)已被確認(rèn)的概念是，當(dāng)封閉時(shí)，對(duì)遠(yuǎn)程控制或操作人員增強(qiáng)地面圖像是有效的。

　　陸軍中校Blanks認(rèn)為，機(jī)器人學(xué)的進(jìn)展受到限制，其中包括用戶的認(rèn)識(shí)不足和對(duì)機(jī)器人學(xué)潛能的信心不足。有許多人看到開頭應(yīng)用的需要發(fā)生周期中斷，至今還限制著機(jī)器人研究和爆炸物處理領(lǐng)域。

　　早先的研究目標(biāo)是遠(yuǎn)程操作，有裝甲車大型工程(AVRE)，和作戰(zhàn)工程牽引車(CET)。裝甲車大型工程常用于高度危險(xiǎn)的情況，那兒可能是敵人射擊的目標(biāo)或者是在地雷區(qū)。作戰(zhàn)工程牽引車僅僅是高度裝甲的，但有時(shí)在直接交火區(qū)需要使用——因此可能需要遠(yuǎn)程操作。

　　當(dāng)前的工作包括未來工程坦克(FET)，預(yù)期在2004年應(yīng)當(dāng)應(yīng)用，它能突破多種復(fù)雜的目標(biāo)，象溝渠、地雷區(qū)和小缺口。MINDER可提供地雷探測(cè)、失效化和路線，通過兩種戰(zhàn)車來證實(shí)其能力，“MINDER偵察”預(yù)期在2008年起應(yīng)用。將來會(huì)真正實(shí)現(xiàn)國內(nèi)和國際的展望研究，以避免不同區(qū)域重復(fù)研究的發(fā)生。

恐怖分子的炸彈

　　“臨時(shí)組合的爆炸物探測(cè)”(IEDD)是個(gè)專門術(shù)語，它方便地復(fù)蓋了可能對(duì)公眾造成直接威脅的爆炸物的發(fā)現(xiàn)和處置，有別于戰(zhàn)場(chǎng)操作。威脅可能來自脾氣乖戾的人、罪犯(大部分與毒品有關(guān))、從威爾士人(Welsh)到穆斯林(Islamic)的國家集團(tuán)，以及來自世界各地的許多不同的個(gè)人和團(tuán)體。

　　防御評(píng)價(jià)研究局(DERA)Fort Ha1stead的Mark Ruglys談到在RAVEN(見圖1)名稱下所開發(fā)的一個(gè)系統(tǒng)，并忠告，由于該課題靈敏特性的緣故，在其顯示中存在一些間隙。

圖1 防御評(píng)價(jià)研究局Fort H1astead的部“RAVEN”爆炸物檢測(cè)機(jī)器人車

　　在這種情況下有一些特征。首先，時(shí)間是特別重要的推動(dòng)力。若他們?cè)儆惺�分多鐘，曼徹斯�?Manchester)爆炸就不會(huì)發(fā)生。在軍用的情況下就完全不存在同樣的時(shí)間壓力。其次，在必須達(dá)到某些目的的極大壓力下要處置設(shè)備。必須考慮到非常多變的環(huán)境，包括從建筑物的內(nèi)部到室外的冷熱極值、污物等等；以及可達(dá)到的預(yù)算也是一個(gè)限制因素。還有完全可靠是必不可少的。

　　RAVEN方案承認(rèn)涉及世界的恐怖分子集團(tuán)比之本地的恐怖分子集團(tuán)要多得多。被恐怖組織所使用的技術(shù)范圍非常廣、器件高度復(fù)雜。還有個(gè)事實(shí)是,由于要適合上述情況的解決，對(duì)各種新威脅研制了無制造公差的不同的響應(yīng)靈敏度設(shè)備，對(duì)付炸彈威脅的設(shè)備數(shù)量已經(jīng)增加。以前放得進(jìn)通道搬運(yùn)車（Transitvans），現(xiàn)在需要三噸半卡車，而且空間能允許運(yùn)出來。要考慮到后勤的成本。

　　為了設(shè)計(jì)、研制和生成一個(gè)臨時(shí)組合的爆炸物探測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行階段研究,設(shè)計(jì)成技術(shù)許可和接受命令的、具有對(duì)抗還是未知威脅的最大發(fā)展?jié)摿Φ南到y(tǒng)。

　　為了加強(qiáng)重點(diǎn)，Mark Ruglys忠告，雖然對(duì)軍隊(duì)用戶來說，這不是軍隊(duì)的戰(zhàn)場(chǎng)任務(wù)，但任務(wù)的重點(diǎn)是拯救生命，包括爆炸物處理(EOD)小組和警察的生命；包括保護(hù)所有物和減少災(zāi)害；包括保存法庭證據(jù)；以及盡可能快地將現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)正常。Ruglys說，這些是此刻考慮得最多的。

　　為了避免大炸彈需要用大武器來攻擊的循環(huán)，實(shí)時(shí)診斷范圍的一些技術(shù)是必須的，要正確地指出炸彈中極其重要的部件——要知道定時(shí)器和電池組在何處，以便移走電池，并在盡可能短的時(shí)間內(nèi)干完。這個(gè)長期研究的方案正在防御評(píng)價(jià)研究局(DERA)的許多部門進(jìn)行著。

　　按Ruglys所說，有一條研究路線將于1999年在DERA之外進(jìn)行。這將涉及帶有多關(guān)節(jié)多手譬的遙控裝甲車。操作員將無須顧及別的關(guān)節(jié)來移動(dòng)未端執(zhí)行器。也需要明白被遙控的裝甲車在相關(guān)目標(biāo)的何處，使用攝像機(jī)來達(dá)到正確的位置。這是今天通過機(jī)器人學(xué)研究要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)�？梢云谕�，將來會(huì)有一組軟件能廣泛地用于不同的裝甲車。

“常規(guī)”軍火

　　軍方一方面繪制了各種恐怖炸彈間的區(qū)別，另一方面繪制了各種地雷或象在戰(zhàn)場(chǎng)上碰見的各種未爆的炸彈的區(qū)別。防御評(píng)價(jià)研究局(DERA)Fort Halstead的John Edward-Winser和DERA Chertsey的Major James Wood是有關(guān)對(duì)抗-地雷(Counter-Mine)計(jì)劃與國防部(EOD)計(jì)劃的軍事顧問，他捫回顧了當(dāng)前或不久的將來所能利用的裝備和技術(shù)。有許多不同類型的器件被處理，并且甚至知道器件的類型，不知道它的條件。已經(jīng)作成一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫，它有絕大多數(shù)已知的器件和涉及它們的程序。

　　這些炸彈可以在地面、淺埋的或者深埋的(3至8米)。對(duì)于地面和近地面炸彈，有機(jī)器人車(象Groundhog那樣的，見照片1)可被雇用。掩埋的炸彈能被地音探聽器(geophones)和金屬探測(cè)器檢測(cè)出來。如果它們是深埋的,則低頻振蕩正在被研究，這是油田技術(shù)，但是是小型的，它們給出了更多的不同問題。

　　如果所有的給予安全的程序是遙控的，那么合乎需要的機(jī)器人學(xué)方法是有意義的。有時(shí)還需要從地里面獲得炸彈。目前包括對(duì)JCB的研究工作,比得上作戰(zhàn)工程牽引車(CET)，但在前方和近處要鏟土。還有對(duì)于磨蝕水射流切割操作機(jī)的研究工作。成熟的挖掘技術(shù)查看所記錄下象未爆的可深達(dá)8米炸彈落下處的中部。這包括放置一個(gè)混凝土環(huán)到地面上，并挖出里面的土塊，使它下沉，一直到另一個(gè)混凝土環(huán)能置于其頂上。
 
照片1左為“Bison”機(jī)器人車，右為“Groundhog”機(jī)器人車（DERA）徹特西

　　英國機(jī)器人學(xué)界有個(gè)方案是送一個(gè)鼴鼠(mole)到地下，就好像公用事業(yè)用一些鼴鼠在地下鉆洞以避免挖到路上。象這樣被石油工業(yè)所用的可控制的鉆孔已被拒絕使用，因?yàn)槟鼙怀浞挚刂频木嚯x很短。

　　在某些場(chǎng)合，沖擊倉庫并爆破掉是有意義的。例如，在中等大小的區(qū)域并且直埋得深，但是如果它在房屋底下，那么必須有預(yù)防財(cái)產(chǎn)受損失的措施。設(shè)備必須是非磁性的、不擺動(dòng)，并且若要使用“鼴鼠”，它必須裝備有金屬探測(cè)器或雷達(dá)或一些別的接近傳感器件。

　　診斷是下一個(gè)難題。識(shí)別特殊的倉庫一般是不困難的，而對(duì)于大范圍譯碼，多傳感器設(shè)備變得有效。射線照相術(shù)是可行的，但其功率必須高得能用于1000磅炸彈情況下的厚金屬。三維激光掃描是可的。

　　為移去炸彈引信，已經(jīng)開發(fā)了兩種設(shè)備。一種是在起反應(yīng)時(shí)間之前非�？斓匦�轉(zhuǎn)；另一種是為防止起反應(yīng)工作得很慢。特別有用的是在市場(chǎng)上出售的Fire Ant：火舌將在兩個(gè)合適的位置燒透地雷外殼，并將燒光所有成份而不引起爆炸。

立體視覺

　　DERA位于徹特西(Chertsey)Land系統(tǒng)的Peter Gibson博士，研究了使用排雷裝甲車上的視覺系統(tǒng)來避免地面同事處于危險(xiǎn)狀態(tài)的需求。復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)和遠(yuǎn)程存在設(shè)備可以得到，而通信不可思議地困難。在飛行模擬裝置上，信息從計(jì)算機(jī)到顯示器僅僅能傳輸10英尺。在炸彈處置地點(diǎn)，越過一段距離1/4秒的延遲會(huì)是災(zāi)難性的，而那個(gè)時(shí)間會(huì)很容易地被其他項(xiàng)技術(shù)用完。

　　Gibson博士說，有三種控制遙控機(jī)器人的方法。一種是參與循環(huán)的人注視著屏幕進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。一種是全自治的，計(jì)算機(jī)關(guān)注著圖像并根據(jù)畫面做出決定以及完成一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作。雖然真正需要的是這兩種方法的混合,而操作員作為管理的角色。

　　機(jī)器視覺的可能類型包括邊緣跟蹤，注視所行進(jìn)道路的邊界，但是更有用的是拐角跟蹤——為提取特征和發(fā)現(xiàn)拐角而尋找當(dāng)?shù)氐淖畲罅炼群妥钚×炼取，F(xiàn)可實(shí)時(shí)跟蹤400個(gè)拐角。其結(jié)果的質(zhì)量不是很好，但是可按照?qǐng)鼍白儞Q來獲得更多的信息，所以可測(cè)到移動(dòng)目標(biāo)。它對(duì)繪制和測(cè)定三維地形圖是非常好的。它可以輔助車輛在未知的地形上駕駛(圖2)。
 
圖2DERA的徹特西Land系統(tǒng)——計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)航路和障礙物

　　計(jì)算機(jī)現(xiàn)在是高智能的，并且能給出人更多的技能和敏捷，但計(jì)箅機(jī)缺少一般的感覺和責(zé)任感。所以Gibson明白，作為一協(xié)同工作的關(guān)系，用計(jì)箅機(jī)的智能去減少大量的傳輸數(shù)據(jù)，而保留人去進(jìn)行他所做的大量判斷。放置一些攝像機(jī)獲得一批相關(guān)視圖。用個(gè)1200視角的攝像機(jī)由上面看下來的確是好，但問題在于視場(chǎng)和分辨率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，甚至連續(xù)讀出載有機(jī)器人的車輛號(hào)碼牌都不可能。那需要大概十倍的微距鏡頭。

　　對(duì)諸如挖掘那樣的一些任務(wù)，提出了一個(gè)大問題，在那兒車輛是不動(dòng)的，所以沒有三維信息，并且容易出錯(cuò)。立體攝像機(jī)給出很少的景深效果。雖然它們有異乎尋常的顯示和代價(jià)高昂，但是實(shí)際上給出很少的三維信息。這兒沒有視差、沒有閉合(occlusion)、沒有什么人們實(shí)際應(yīng)用的跡象。

　　雙目鏡被認(rèn)為很有價(jià)值。它對(duì)于雙眼觀察更為協(xié)調(diào)，并且更容易決定在場(chǎng)景中什么是有意義的。

　　Gibson博士斷定，目前在實(shí)驗(yàn)室中的視覺應(yīng)用，對(duì)于將來機(jī)器人車輛的使用將是很有實(shí)用價(jià)值的。