拆彈機器人如何拆除炸彈?

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機器人可以去人們不願去的危險地帶。在機器人所能從事的各項工作中,拆彈無疑是最危險的一種,死亡的威脅時刻相伴著拆彈過程的每個動作中。

四十年來,拆彈機器人被人們用來拆除爆炸裝置,執行過成千上萬次拆彈任務。但是,「拆彈機器人」這個詞並不準確,因為他們並非真正意義上的機器人。

根據牛津大學英文詞典,機器人是指「一部可以自動執行一系列複雜動作的機器」。拆彈機器人不能根據情況做出決策或自動操作。相反,把拆彈機器人定義為無人飛行器可能更為精確,因為它們很像是無人駕駛的汽車,是被人類遠程操作的。

這些機器人由英國軍方的拆彈專家或「炸彈醫生」進行遠程操作。這樣一來,他們就可以不用冒著生命危險來檢查炸彈裝置。一旦檢查完成,機器人就可以(當然我們希望如此)將炸彈裝置失效。

機器人不僅能夠拆除炸彈,也能拆除各種可爆炸的裝置,包括地雷和未爆炸的啞彈等等在內的裝置。

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Image caption 早期的拆彈機器人是通過笨重的電纜線來進行操作的。(圖片來源: Getty Images)

歷史上第一台拆彈機器人是1972年誕生的獨輪車1號(Wheelbarrow Mark 1)。它的締造者英軍中校彼得·米勒(Peter Miller)想到了用電動獨輪車的起落架來牽引諸如汽車炸彈等可疑裝置,以便在不產生傷亡的情況下引爆裝置。

然而,獨輪車型拆彈機器人原型車可操縱性不高,因此英軍求助於位於切特西的(Chertsey)的軍用車輛工程研究所來改進該機器人的操控和跟蹤系統。

此後,米勒中校將羅伯特·派特森(Robert Patterson)少校開發的綽號「野豬」的高壓水射流設備加入到獨輪車中,使得獨輪車可以讓炸彈失效,而不是簡單地將他們引爆。

現代拆彈機器人的操作原理的是關鍵在不導致爆炸的情況下將爆炸性裝置失效。拆彈機器人通常通過向爆炸裝置的引線噴射高壓水射流而完成這個工作。一個爆炸裝置通常需要電源引爆:阻斷電源就可以破壞電路,使裝置失效。然而,一些爆炸裝置配有備用系統,一旦炸彈受到改動即會發生爆炸。這就是為什麼我們最好用機器人來拆彈的原因。

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Image caption 拆彈機器人可以在不帶來人身傷亡的情況下分析可疑裝置。(圖片來源: Getty Images)

「在人們操作機器人時,他們會尋找適合的位置噴射高壓水流,」軍方發言人說。「如果他們噴射到引線上並且使得炸彈的電線斷開,證明炸彈已經安全,這時至少人類可以上前進行檢查。這就是為什麼拆彈機器人做這些的時候沒有發生發生大幅度爆炸的原因。

拆彈機器人由操作者在安全距離外進行操作。他們可以看到機器人所看到的一切,通過機器人外部的攝像頭裝置,將影像傳遞到操作者面前的監視器中。通常,在機器人面前會有一個懸掛的攝像頭,因此操作者可以看到機器人的動向,而第二個懸掛在搖臂上的攝像頭可以提供更寬廣的視野,讓操作者看到機器人周邊的區域。

早先的拆彈機器人由一系列繩索控制。隨著技術進步,人們開始使用通信線纜把指令傳遞到機器人的電子系統中。但是線纜會限制機器人的操作半徑。並且線纜也有打結或是纏繞到爆炸物上的風險——類似於當你使用澆水的軟管或是真空吸塵器時那樣。

近些年來,大部分拆彈機器人都是通過無線通訊來操作控制的。這使得機器人的操作範圍大大增加了,不過同時也增加了被黑客攻擊的可能性,儘管可能性很小,因為這些操作系統有著層層的軍方安全保護措施。

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Image caption 在伊拉克,機器人被廣泛應用於路邊炸彈的拆除。(圖片來源: Getty Images)

「一般情況下,拆彈機器人都是由人手投擲出去,因此人們不想有個』臍帶』造成和這個裝置的藕斷絲連,」愛丁堡機器人研究中心的主任——賽蘇·維加雅庫瑪(Sethu Vijayakumar)教授說。「在這種情況下,他們更像是能夠在方圓幾公里內活動的無人飛行器。」

拆彈機器人的設計自問世之初到現在幾乎沒有明顯的變化,因為基本設計原理一直沒變。同時,雖然技術使他們變得更加小巧和堅實強大,拆彈機器人仍然是被人類跟蹤和控制的機器人,有一個「手臂」來處理可疑裝置。

從移動性能來看,拆彈機器人已經從僅僅的單排輪坦克鏈式履帶,發展到到雙排輪的設計再到六排或更多的輪子,這使得拆彈機器人可以穿過更複雜崎嶇的地形。有些設計甚至可以讓機器人爬樓梯。

拆彈機器人的手臂有多重用途。很多拆彈團隊都會帶上可以和機器人配合使用的不同的工具。這使得機器人可以繞過很多不同的阻礙,例如用鋼絲鉗來剪斷鐵絲網。

鑒於拆彈機器人主要被設計用來在各種惡劣環境下使用,因此他們可以在很嚴苛的環境下生存。「大部分成本用於電子器件和傳感器的製作,以使它們可以在嚴苛的環境下工作,」維加雅庫瑪教授說。「雖然不能在太空的環境裏工作,不過也基本上差不多了。」

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Image caption 一些新的機器人種類甚至可以爬樓梯 。(圖片來源: Science Photo Library)

拆彈機器人大小各異,小到便於士兵們隨身攜帶並能扔到建築物中的背包大小的機器人;大到配有X光裝置和爆炸物探測儀,形狀大小如除草機的機器人,應有盡有。

一開始,機器人的控制操作非常複雜,需要特殊的培訓;現在人們用類似遊戲機的操作台來操作機器人。「在這種高壓的作業環境下,我們首先要讓控制操作變得盡可能簡易和直觀,」 維加雅庫瑪教授說。「你可以把它的功能設計得非常豐富,但是比起服務於機器人專家,他更需要能夠被機器人門外漢操作。它的操作最好像遊戲操作桿的一樣簡單易行。」

隨著機器人及遠程控制技術的發展,將來的拆彈機器人適應周圍環境的能力將越來越強。現在人們正在研發可以翻牆著陸的機器人,還有一些操作靈活度大大增強的雙臂機器人,也正在開發中,這些機器人可以打開汽車後備箱檢查。

比起單一功能的機器人,人們也正在研發特定功能機器人。這些機器人將會以團隊配合的方式工作,例如,一個機器人負責探測爆炸物,而另一個負責拆除爆炸物。

隨著拆彈機器人身後的技術不斷進步,它們也挽救了越來越多的生命。「拆彈機器人的使用目的之一,就是深入危險地帶,」 維加雅庫瑪教授說。「機器人可以一直向前進,而人類在安全距離外操作,當然,最壞的情況是,犧牲掉機器人。」

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