最近，航天科技集團一院研發(fā)的“航小妍”智能人形機器人引發(fā)外界廣泛關注。據(jù)公開資料顯示，這款人形機器人采用輕質(zhì)化結構設計，具備自主建圖導航與多樣化地形適應能力，未來有望執(zhí)行箭體巡檢、空間站作業(yè)乃至外星球資源開發(fā)等任務。隨著相關技術不斷取得突破，人形機器人必將在航天領域加速深度推廣應用。

我國“航小妍”人形機器人

角色不僅在陪伴

如今，人類正在逐步邁向更加遙遠和未知的星際空間。然而，太空探索事業(yè)不僅對先進技術的要求越來越高，還面臨著很多人類無法直接介入的極端環(huán)境，普遍體現(xiàn)出極端溫度、高輻射、微重力等特點。

在此背景下，人形機器人作為一種具備高度適應性和靈活性的技術平臺，逐漸在太空探索中展現(xiàn)出越來越大的潛力，促使各國越來越多的航天機構和企業(yè)致力于研發(fā)測試“太空機器人”。

俄羅斯人形機器人曾在國際空間站上測試

早在1997年，美國宇航局就啟動有關項目，研發(fā)可協(xié)助航天員執(zhí)行多種操作任務的人形機器人。2010年，該項目推出的第二代人形機器人R2首次亮相，并于2011年2月由航天飛機送至國際空間站，成為第一個進入太空的人形機器人。

在測試中，R2協(xié)助航天員抓取物體、翻轉開關等，初步探索了靈巧型人形機器人在太空中的行為方式，并幫助科研人員確認R2需要升級哪些功能，以便未來代替航天員執(zhí)行過于危險或枯燥重復的任務。遺憾的是，由于硬件問題，R2自2015年起無法正常運行，最終不得不在2018年被送回地球。

俄羅斯在人形機器人領域積累深厚，推出了“費奧多爾”系列，2019年將“費奧多爾-850”送往國際空間站。該系列人形機器人的功能定位比較明確，最初設計用途是協(xié)助救援，既能模仿遠程操作員的動作，又能自主執(zhí)行一些任務，并以“幽默語調(diào)”報告信息。俄羅斯航天員在軌對它進行了一系列測試，考核它協(xié)助太空實驗室工作的潛力。

而在這場全球人形機器人太空對話“競賽”中，日本產(chǎn)品拔得頭籌。Kirobo是根據(jù)日語“希望”和“機器人”創(chuàng)造的新詞匯，被用來命名日本第一位“太空機器人”。2013年8月10日，這款小巧的人形機器人抵達國際空間站，重點展示了語音識別、自然語言處理、語音合成、表情識別和視頻錄制等拿手好戲，還能協(xié)助航天員開展各種太空實驗。它上太空的主要目標是幫助科研人員深入了解人形機器人與人類的互動方式，引導人形機器人在協(xié)助航天員執(zhí)行任務方面發(fā)揮更積極的作用。

隨著太空建設和維護工作需求日益增長，一些航天初創(chuàng)企業(yè)看到了商機。2021年，日本GITAI公司贏得了官方合同，負責研發(fā)“能夠在太空軌道和月球上自主執(zhí)行多項復雜任務的通用機械臂和機械手技術”，希望借此推出功能更強大、成本更低的太空通用人形機器人。借助人工智能和遠程操作技術，這款人形機器人將操作工具、控制板、科學設備等，適應空間站和未來月球基地的復雜環(huán)境。2021年10月，該公司在國際空間站內(nèi)完成了技術演示。2022年4月，人形機器人在模擬太空環(huán)境中嘗試從事服務、組裝和制造任務。

自1995年以來，德國航空航天中心一直在開發(fā)靈巧型人形機器人，探索其在太空環(huán)境中的應用潛力。2008年，具備雙臂機械手的人形機器人以輪式底盤的構型首次亮相，隨后不斷升級移動控制系統(tǒng)和處理能力。2017年，國際空間站上的航天員完成了天地遠程操作測試，指揮人形機器人在火星環(huán)境模擬設施中完成驗證任務。或許，在未來火星任務中，德國人形機器人不會讓馬斯克的“擎天柱”獨領風騷。

施展絕技仍需過關

太空環(huán)境的復雜性和極端性對人類生理和心理承受力構成了極大的挑戰(zhàn)，制約著人類探索太空的步伐。相比之下，人形機器人逐漸與眾多科技成果深度融合后，有望實現(xiàn)自主決策、群體協(xié)同，進而推動諸多高風險航天任務向智能化、無人化發(fā)展。

相比無人車等傳統(tǒng)航天機器人，人形機器人在航天探索領域的獨特優(yōu)勢在于形態(tài)與功能的雙重適配性。簡單地說，它與人類肢體相似的結構可以“無縫”適配使用現(xiàn)有各種航天工具，雙足行走能力對地形要求較低，很可能更適應外星球的崎嶇表面，而其搭載的自適應性人工智能模型有助于迅速更新環(huán)境感知信息，支持自主決策。

日本袖珍人形機器人與航天員對話

然而，人形機器人想要在航天領域推廣應用，還面臨不少技術挑戰(zhàn)，有必要化解便攜式能源供應、極端環(huán)境適應性等技術難題，涉及機械工程、人工智能、傳感器技術等多學科融合，要求科研人員持續(xù)開展技術創(chuàng)新，積極跨領域合作。

比如，人形機器人在航天探索任務中需要進行高復雜度運動和操作，用電需求較大。而現(xiàn)有電池技術難以滿足長時間、高負荷運行需求。因此，開發(fā)高效、大容量能源系統(tǒng)，或者通過收集環(huán)境能量來延長續(xù)航時間，突破能源管理與續(xù)航瓶頸，是人形機器人研制工作中亟待解決的問題。

再比如，太空和外星球極端環(huán)境令人形機器人面臨多重考驗：艙外維修時，需小心宇宙輻射與微流星體撞擊；火星任務中，必須克服沙塵暴與極低溫度；類似深空探測任務普遍要求設備具備數(shù)年無故障運行能力。

其實，在陌生且崎嶇的外星球地形中，人形機器人模擬人類的步態(tài)和身體協(xié)調(diào)機制，實現(xiàn)流暢運動，也不是一件容易的事。它需要優(yōu)化運動控制與穩(wěn)定性，動態(tài)保持平衡，避免摔倒，還要考慮到復雜光照條件、動態(tài)遮擋等情況，盡力提升視覺傳感器的準確性和實時性，同時整合視覺、聽覺、觸覺等多模態(tài)傳感器信息，分辨未知環(huán)境中的障礙，進一步優(yōu)化多模態(tài)感知融合算法。

不過，現(xiàn)役人形機器人普遍僅能執(zhí)行預編程任務，面對突發(fā)情況和不確定性之際，難以提供創(chuàng)造性解決方案并主動調(diào)整策略。未來，人形機器人需要具備更出色的智能決策與自主能力，在動態(tài)復雜環(huán)境中快速決策并規(guī)劃最優(yōu)行動路徑，同時處理多項任務。

天地服務的“小管家”

太空環(huán)境的復雜性和極端性要求，人類探索必須依賴更高效更智能的技術解決方案。從國際空間站維護到月球基地建設，從火星勘探到更遙遠的深空探測，人形機器人將成為未來太空任務中不可或缺的關鍵力量，幫助人類突破“技術壁壘”，飛向更廣袤深遠的星際時代。

美國擎天柱機器人可能在不遠的將來登上火星

在地面上，人形機器人將在火箭巡檢與維保工作中大展身手。無論是承擔關鍵使命的大型乃至重型火箭，還是高密度發(fā)射的商業(yè)火箭，傳統(tǒng)人工巡檢和維保模式日益體現(xiàn)出效率偏低、長時間工作效果不佳、人力資源消耗大等隱患。人形機器人可以較方便地融入原有裝備體系、工作規(guī)程與設備空間布局，使用人類工具，人機協(xié)同進行智能化長時間巡檢、故障診斷與維護保養(yǎng)。

在太空中，人形機器人有望像科幻作品中暢想的那樣適應人類空間設施，兼容載人航天系統(tǒng)工具與界面，獨立或與航天員協(xié)同工作。

在艙內(nèi)，它可以充當在軌服務的“全能管家”，承擔物資管理、設備巡檢等基礎工作，利用物資智能追蹤系統(tǒng)，提升庫存管理效率，還能與航天員加強溝通，緩解工作生活中的身心壓力。

在艙外，它能配合航天員完成焊接、涂覆等在軌作業(yè)，顯著減少人工操作失誤、航天服老化泄漏、航天器意外損傷等險情。

在外星球上，人形機器人無疑將充當深空探測“先遣隊”，在航天員登陸之前，完成環(huán)境考察、基地選址、資源勘探等準備工作，為航天員和地面團隊提供關鍵基礎信息，大幅降低任務風險。

隨著人工智能、低成本太空發(fā)射等技術普及，大量人形機器人將成為外星球基地的“建設者”，利用輕量化、多功能結構和充沛的能源供應系統(tǒng)，初步完成外星球基地所需資源開采、建筑材料原位制備、自動化施工等重要任務。

來源/《中國航天報·飛天科普周刊》

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