2025年1月1日，隨著中國空間站的又一次成功對(duì)接，一個(gè)特殊的“乘客”引起了全球的關(guān)注。它來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“哈工大”）張立憲教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的智能機(jī)器人“小航”。同時(shí)也是中國首臺(tái)空間站艙內(nèi)智能飛行機(jī)器人。
張立憲教授團(tuán)隊(duì)表示，“小航”機(jī)器人是一款功能強(qiáng)大、智能化的空間站輔助工作機(jī)器人，能夠?yàn)楹教靻T提供語音交互、倉內(nèi)巡檢、物資整理、任務(wù)記錄、數(shù)據(jù)分析以及情感陪伴服務(wù)，提高空間站的工作效率，同時(shí)促進(jìn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)性和有效性。
張立憲教授牽頭 “小航”機(jī)器人由哈工大多學(xué)科交叉科研團(tuán)隊(duì)打造
大講堂獲悉，“小航”智能機(jī)器人的研發(fā)經(jīng)歷了數(shù)年之久，并且克服了眾多棘手的技術(shù)問題。該機(jī)器人由哈爾濱工業(yè)大學(xué)的多學(xué)科交叉科研團(tuán)隊(duì)打造，哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師張立憲教授為項(xiàng)目帶頭人。
此前，張立憲教授團(tuán)隊(duì)在智能控制、無人系統(tǒng)研究方向上主持了包括國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國防科工局國防基礎(chǔ)科研計(jì)劃項(xiàng)目、黑龍江省杰出青年科學(xué)基金等在內(nèi)的30余項(xiàng)國家及省部級(jí)基金項(xiàng)目，并取得了卓越的研究成果。團(tuán)隊(duì)在《Automatica》、《IEEE Transactions on Automatic Control》等國際權(quán)威期刊上發(fā)表了大量高水平學(xué)術(shù)論文。
團(tuán)隊(duì)主要成員來自哈工大不同專業(yè)的研究生，該團(tuán)隊(duì)在智能控制、無人系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域具有深厚的理論研究基礎(chǔ)以及豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。并致力于解決國家重大工程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，已取得了多項(xiàng)具有國際影響力的科研成果。
張立憲教授在接受媒體采訪時(shí)表示：“小航的研發(fā)過程充滿了挑戰(zhàn)，但我們始終堅(jiān)信，智能化和自動(dòng)化是航天技術(shù)發(fā)展的未來方向。我們希望通過小航的研發(fā)，為中國的航天事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。”
團(tuán)隊(duì)在研發(fā)過程中，充分考慮了空間站環(huán)境的特殊性和航天員的需求。團(tuán)隊(duì)研究人員表示，在太空環(huán)境中，機(jī)器人不僅要具備高度的可靠性和穩(wěn)定性，還要能夠適應(yīng)航天員的工作和生活習(xí)慣，成為航天員的得力助手。因此，團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制造和測試過程中，都嚴(yán)格按照航天標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，確保“小航”能夠在空間站中發(fā)揮出最大的作用。
“小航”機(jī)器人變身航天員24小時(shí)智慧助手
作為航天員的貼身智慧助手，“小航”具備移動(dòng)拍照功能。航天員可以通過語音指令，控制“小航”在空間站內(nèi)移動(dòng)并拍攝照片，來記錄實(shí)驗(yàn)過程、設(shè)備狀態(tài)等重要信息，是科研工作的得力助手。在“小航”沒上崗之前，此前的拍照工作通常由兩位航天員協(xié)作完成。
作為一款能夠行動(dòng)自如的智能機(jī)器人，“小航”還具備艙內(nèi)巡檢功能，能夠穿梭在空間站內(nèi)，并對(duì)空間站進(jìn)行定期巡檢，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)空間站的狀態(tài)。例如，在艙內(nèi)某個(gè)角落發(fā)生設(shè)備故障時(shí)，“小航”能夠第一時(shí)間定位并拍攝故障部位，為地面團(tuán)隊(duì)和航天員提供參考。
此外，“小航”還能通過搭載的視覺單元，有效管理空間站內(nèi)的物資。在太空環(huán)境中，物資的管理是一項(xiàng)非常重要的工作，這是長期太空任務(wù)的核心行動(dòng)。隨著任務(wù)時(shí)間的增加，任務(wù)種類的增多，空間站上所需的物資種類和數(shù)量日益繁多，管理難度隨之提升。“小航”能夠根據(jù)物資的編號(hào)和位置記錄，迅速定位并協(xié)助航天員完成調(diào)取或存儲(chǔ)任務(wù)。這不僅提高了物資管理的效率，也減少了人為錯(cuò)誤的發(fā)生。
值得一提的是，“小航”還能進(jìn)行任務(wù)記錄和數(shù)據(jù)分析工作，它不僅能完成實(shí)時(shí)任務(wù)，還能承擔(dān)任務(wù)記錄和數(shù)據(jù)分析的職責(zé)。例如，在設(shè)備測試或科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，“小航”可以自動(dòng)記錄操作細(xì)節(jié)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為后續(xù)分析提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持。這個(gè)功能不僅可以幫上航天員，還可以為地面上等待實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)家們提供重大幫助。
除了上述功能外，“小航”還可以客串臨時(shí)心理醫(yī)生，能夠在航天員需要的時(shí)候，提供情感互動(dòng)服務(wù)，為航天員提供心理支持，緩解航天員在太空中的孤獨(dú)和壓力。
融合機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)技術(shù) 通過對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)提升圖像識(shí)別能力
在核心技術(shù)方面，“小航”機(jī)器人融入了語音指控功能。航天員無需使用遙控器，通過語音指令即可控制“小航”執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)。
值得一提的是“小航”結(jié)合了人工智能算法。融合了機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)，使其能夠理解和響應(yīng)復(fù)雜的語音指令。利用自然語言處理技術(shù)，‘小航’可以與航天員進(jìn)行高效的溝通，確保任務(wù)指令的準(zhǔn)確執(zhí)行。
研究團(tuán)隊(duì)表示，“小航”首次采用生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)能夠大幅提升‘小航’在圖像識(shí)別和處理能力方面的表現(xiàn)，尤其是在進(jìn)行艙內(nèi)巡檢時(shí)，可以通過高分辨率影像快速識(shí)別出設(shè)備異常。這使得航天員得以專注于更為復(fù)雜的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而非瑣碎的設(shè)備管理。
硬件設(shè)計(jì)方面，“小航”在機(jī)身周圍配置了多枚感知高清攝像頭，支持360度監(jiān)控，確保在進(jìn)行巡視任務(wù)時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的全覆蓋觀察。在數(shù)據(jù)處理方面，“小航”內(nèi)置高效計(jì)算單元，擁有數(shù)據(jù)快速處理能力，確保“小航”在面臨多任務(wù)時(shí)依然能夠保持理想的響應(yīng)速率。
結(jié)語與未來：
機(jī)器人進(jìn)入外太空探索早已不是什么新鮮事。早在2011年，NASA就已向國際空間站發(fā)射Robonaut 2太空機(jī)器人，但當(dāng)時(shí)的技術(shù)能力有限，Robonaut 2大部分時(shí)間都是通過地面的遠(yuǎn)程操控執(zhí)行按開關(guān)和清潔扶手的訓(xùn)練，缺乏一定的自主決策能力。此后的研究一直持續(xù)進(jìn)行，直到2018年2月Robonaut才被打包送回地球。
而近幾年，NASA與得克薩斯州的Apptronik公司攜手合作，打造的“Apollo”人形機(jī)器人將在未來的載人登月或火星任務(wù)中，從事卸載登月艙、搬運(yùn)物資，甚至作為航天員的“化身”，在月球或火星表面執(zhí)行各種復(fù)雜任務(wù)，這無疑將大大提高任務(wù)的安全性和效率。
可以說在未來的外太空探索過程中，機(jī)器人或類人機(jī)器人將具備更大的想象空間，目前中國也在積極探索部署在外太空的機(jī)器人技術(shù)，如上海交通大學(xué)高峰團(tuán)隊(duì)打造的六足登月機(jī)器人，具備更高的穩(wěn)定性和靈活性，尤其適合在月球等復(fù)雜地形中進(jìn)行探索。而計(jì)劃于2028年發(fā)射的嫦娥八號(hào)，或?qū)y帶一款能夠?yàn)樵虑蛟O(shè)備提供充電支持的智能機(jī)器人，目前具體信息仍在保密階段。
可以預(yù)見的是，未來外太空一定是機(jī)器人的主戰(zhàn)場，能夠幫助我們建立太空基地、開采太空資源、進(jìn)行深空探測，進(jìn)入人類難以抵達(dá)的區(qū)域，執(zhí)行精細(xì)的操作和實(shí)驗(yàn)。它們的存在，將極大地拓展人類的太空活動(dòng)范圍，提高探索的效率和安全性。而哈工大“小航”更像是《星際穿越》當(dāng)中的TARS，往往在關(guān)鍵時(shí)刻，能否發(fā)揮它獨(dú)特的價(jià)值。
（來源機(jī)器人大講堂）
