拆弹机器人如何拆除炸弹?

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机器人可以去人们不愿去的危险地带。在机器人所能从事的各项工作中,拆弹无疑是最危险的一种,死亡的威胁时刻相伴着拆弹过程的每个动作中。

四十年来,拆弹机器人被人们用来拆除爆炸装置,执行过成千上万次拆弹任务。但是,“拆弹机器人”这个词并不准确,因为他们并非真正意义上的机器人。

根据牛津大学英文词典,机器人是指“一部可以自动执行一系列复杂动作的机器”。拆弹机器人不能根据情况做出决策或自动操作。相反,把拆弹机器人定义为无人飞行器可能更为精确,因为它们很像是无人驾驶的汽车,是被人类远程操作的。

这些机器人由英国军方的拆弹专家或“炸弹医生”进行远程操作。这样一来,他们就可以不用冒着生命危险来检查炸弹装置。一旦检查完成,机器人就可以(当然我们希望如此)将炸弹装置失效。

机器人不仅能够拆除炸弹,也能拆除各种可爆炸的装置,包括地雷和未爆炸的哑弹等等在内的装置。

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Image caption 早期的拆弹机器人是通过笨重的电缆线来进行操作的。(图片来源: Getty Images)

历史上第一台拆弹机器人是1972年诞生的独轮车1号(Wheelbarrow Mark 1)。它的缔造者英军中校彼得·米勒(Peter Miller)想到了用电动独轮车的起落架来牵引诸如汽车炸弹等可疑装置,以便在不产生伤亡的情况下引爆装置。

然而,独轮车型拆弹机器人原型车可操纵性不高,因此英军求助于位于切特西的(Chertsey)的军用车辆工程研究所来改进该机器人的操控和跟踪系统。

此后,米勒中校将罗伯特·派特森(Robert Patterson)少校开发的绰号“野猪”的高压水射流设备加入到独轮车中,使得独轮车可以让炸弹失效,而不是简单地将他们引爆。

现代拆弹机器人的操作原理的是关键在不导致爆炸的情况下将爆炸性装置失效。拆弹机器人通常通过向爆炸装置的引线喷射高压水射流而完成这个工作。一个爆炸装置通常需要电源引爆:阻断电源就可以破坏电路,使装置失效。然而,一些爆炸装置配有备用系统,一旦炸弹受到改动即会发生爆炸。这就是为什么我们最好用机器人来拆弹的原因。

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Image caption 拆弹机器人可以在不带来人身伤亡的情况下分析可疑装置。(图片来源: Getty Images)

“在人们操作机器人时,他们会寻找适合的位置喷射高压水流,”军方发言人说。“如果他们喷射到引线上并且使得炸弹的电线断开,证明炸弹已经安全,这时至少人类可以上前进行检查。这就是为什么拆弹机器人做这些的时候没有发生发生大幅度爆炸的原因。

拆弹机器人由操作者在安全距离外进行操作。他们可以看到机器人所看到的一切,通过机器人外部的摄像头装置,将影像传递到操作者面前的监视器中。通常,在机器人面前会有一个悬挂的摄像头,因此操作者可以看到机器人的动向,而第二个悬挂在摇臂上的摄像头可以提供更宽广的视野,让操作者看到机器人周边的区域。

早先的拆弹机器人由一系列绳索控制。随着技术进步,人们开始使用通信线缆把指令传递到机器人的电子系统中。但是线缆会限制机器人的操作半径。并且线缆也有打结或是缠绕到爆炸物上的风险——类似于当你使用浇水的软管或是真空吸尘器时那样。

近些年来,大部分拆弹机器人都是通过无线通讯来操作控制的。这使得机器人的操作范围大大增加了,不过同时也增加了被黑客攻击的可能性,尽管可能性很小,因为这些操作系统有着层层的军方安全保护措施。

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Image caption 在伊拉克,机器人被广泛应用于路边炸弹的拆除。(图片来源: Getty Images)

“一般情况下,拆弹机器人都是由人手投掷出去,因此人们不想有个’脐带’造成和这个装置的藕断丝连,”爱丁堡机器人研究中心的主任——赛苏·维加雅库玛(Sethu Vijayakumar)教授说。“在这种情况下,他们更像是能够在方圆几公里内活动的无人飞行器。”

拆弹机器人的设计自问世之初到现在几乎没有明显的变化,因为基本设计原理一直没变。同时,虽然技术使他们变得更加小巧和坚实强大,拆弹机器人仍然是被人类跟踪和控制的机器人,有一个“手臂”来处理可疑装置。

从移动性能来看,拆弹机器人已经从仅仅的单排轮坦克链式履带,发展到到双排轮的设计再到六排或更多的轮子,这使得拆弹机器人可以穿过更复杂崎岖的地形。有些设计甚至可以让机器人爬楼梯。

拆弹机器人的手臂有多重用途。很多拆弹团队都会带上可以和机器人配合使用的不同的工具。这使得机器人可以绕过很多不同的阻碍,例如用钢丝钳来剪断铁丝网。

鉴于拆弹机器人主要被设计用来在各种恶劣环境下使用,因此他们可以在很严苛的环境下生存。“大部分成本用于电子器件和传感器的制作,以使它们可以在严苛的环境下工作,”维加雅库玛教授说。“虽然不能在太空的环境里工作,不过也基本上差不多了。”

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Image caption 一些新的机器人种类甚至可以爬楼梯 。(图片来源: Science Photo Library)

拆弹机器人大小各异,小到便于士兵们随身携带并能扔到建筑物中的背包大小的机器人;大到配有X光装置和爆炸物探测仪,形状大小如除草机的机器人,应有尽有。

一开始,机器人的控制操作非常复杂,需要特殊的培训;现在人们用类似游戏机的操作台来操作机器人。“在这种高压的作业环境下,我们首先要让控制操作变得尽可能简易和直观,” 维加雅库玛教授说。“你可以把它的功能设计得非常丰富,但是比起服务于机器人专家,他更需要能够被机器人门外汉操作。它的操作最好像游戏操作杆的一样简单易行。”

随着机器人及远程控制技术的发展,将来的拆弹机器人适应周围环境的能力将越来越强。现在人们正在研发可以翻墙着陆的机器人,还有一些操作灵活度大大增强的双臂机器人,也正在开发中,这些机器人可以打开汽车后备箱检查。

比起单一功能的机器人,人们也正在研发特定功能机器人。这些机器人将会以团队配合的方式工作,例如,一个机器人负责探测爆炸物,而另一个负责拆除爆炸物。

随着拆弹机器人身后的技术不断进步,它们也挽救了越来越多的生命。“拆弹机器人的使用目的之一,就是深入危险地带,” 维加雅库玛教授说。“机器人可以一直向前进,而人类在安全距离外操作,当然,最坏的情况是,牺牲掉机器人。”

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