會修補飛艇的SPIDER機器人

知識 08-04

會修補飛艇的SPIDER機器人

飛艇與軟式飛船不一樣，飛艇更剛性，聽起來沒那麼荒謬，是一項不平常的科技。半個世紀前，飛艇不為人所愛，最近再次興起。飛艇有可能可以非常實用高效地將大量的物資從一個地方運送到另外一個地方，尤其是如果那個地方在基礎設施方面不足，有適量的病人。

過去十年左右的時間裡，洛克希德馬丁公司的臭鼬工廠（Stunk Works）一直在研發一種特別的混合式飛艇，結合空氣動力和上升的氣體，這種飛艇能夠飛起來。P-791技術驗證機於2006年首次起飛，一家名為混合企業的公司正在對洛克希德的飛艇進行商業化。

洛克希德的LMH-1飛艇將能夠承載20噸以上的任何東西，並且可以搭載19名乘客，飛行2500千米，而且這很快就會成為現實了：洛克希德的混合式飛艇最近獲得美國4.8億美元訂單，旨在製造用來運送貨物的12個混合式飛艇。

我們有必要檢查飛艇外皮氣囊（充滿氦氣的飛艇氣囊）是否有小孔洞，這是製造和持續維護飛艇的一部分。隨著時間的流失，飛艇外皮的小孔洞會極大地影響飛艇飛行。以往是由人類來檢查飛艇外皮孔洞，正如大多數涉及人類的工作，這很昂貴而且耗時。

為了幫助解決這個問題，洛克希德已經研發了「自行破損評估修復工具」，簡稱SPIDER。SPIDER可以檢查飛艇外皮的孔洞，同時，SPIDER也代表了一種我們最近看到的沒那麼荒唐的機器人縮略詞。

為了了解SPIDER機器人的更多細節，IEEE Spectrum雜誌採訪了混合式飛艇工程師Ben Szpak，詢問了SPIDER機器人的設計理念、工作原理、以及未來的發展。

IEEE Spectrum:你能告訴我們這款機器人的創造史嗎？你們如何想到設計這款機器人，你們創建這款機器人之前嘗試過哪些其他的設計？

Ben Szpak:自從人類首次設計飛艇以來，人類一直用同樣的方式檢查飛艇孔洞。一些工作人員讓飛艇局部充氣，利用強光確定孔洞的位置，同時，飛艇內部的工作人員修補孔洞。

10年前P-791混合式飛艇驗證機飛行的時候，SPIDER的設計理念就萌芽了。飛艇生產過程中需要連續地檢查孔洞，當你每年生產大量的大型飛艇，排除孔洞這個主意非常吸引人。SPIDER能讓這些孔洞檢查在飛艇最後裝配的時候進行。

通過重複採取你在SPIDER機器人身上看到的健全且簡單的方式，SPIDER設計逐步成型。我們測試了一切，包括穩定的兩輪指揮棒、設計方案確定之前的繞軸四輪設計。我們已經能夠將我們的先進位造技術用於按需的3D列印部件，快速創建和測試新的設計、從成功和失敗中學習。

IEEE Spectrum:為什麼SPIDER執行的任務非常重要，為什麼你們確定一群機器人是處理這些孔洞最好的方式呢？

Ben Szpak:氦氣是非常小的分子，人們一直在努力研發充滿氦氣的飛艇外皮氣囊。如果不排除孔洞的話，這些孔洞將是個大問題。在飛艇外皮修補這些孔洞非常耗時，而且很枯燥乏味。機器人能夠在充滿氦氣的飛艇外皮底部、頂部、側部持續工作，而人類難以到達這些區域。為了在彎曲的飛艇表面工作，並且爬上飛艇外皮，SPIDER已經發展成相當小的機器人，一群SPIDER機器人能夠更快檢查和修復飛艇孔洞。

IEEE Spectrum:這些在飛艇外皮修補孔洞的機器人，面臨哪些不同尋常的問題呢？SPIDER 機器人如何解決這些問題？

Ben Szpak:SPIDER機器人必須在不均勻的彎曲表面運行，同時推動自身向上、向下、上下顛倒。我們設計了與飛艇外皮氣囊一致的底盤，略微轉動和彎曲，就能和飛艇外皮緊密結合。使用光編碼器觀看機器人通過飛艇外皮，而不是軸編碼器，我們能讓SPIDER機器人在飛艇外皮上奇怪的地方運行，並且精確測量運動過程。我們也根據熟知的飛艇外皮形狀，利用加速器確定機器人在飛艇外皮上的大概位置。

IEEE Spectrum:檢查整個飛艇需要多少機器人，耗時多久呢？這些機器人能夠持續監測飛艇嗎？或者它們能夠在特定時期維修飛艇嗎？

Ben Szpak:我們希望在LMH-1飛艇上使用5～6個SPIDER機器人，取決於機器人發現孔洞的數量，5天之內覆蓋飛艇外皮8萬平方英尺左右的面積。人工尋找和修補孔洞花費10天左右的時間，而且不能與生產過程同時進行，而SPIDER機器人能夠在生產過程中修補孔洞，這是SPIDER機器人的主要好處之一。修補孔洞類似於手持標籤敷貼器，一旦SPIDER機器人確定位置，SPIDER機器人在孔洞上方打一個補丁。我們會在飛艇最後裝配以及主要維修檢查時使用SPIDER機器人。

IEEE Spectrum:你能談一談SPIDER機器人的未來嗎？你們有沒有更新和改進機器人的方法呢？這些機器人的成功會導致這個領域研發其他機器人系統嗎？

Ben Szpak:我們使用SPIDER機器人，學會了許多自動檢查和修復的知識，由於這個領域的機會越來越多，那些經驗也是可應用的。我們正實踐更多想法，例如，SPIDER機器人在飛行中的大型飛艇周圍漫遊。

IEEE Spectrum:你能告訴我們SPIDER機器人的其他酷事嗎？

Ben Szpak:我們幾乎使用完全現成的部件，同時設計我們自己的關鍵部件，將現成部件和關鍵部件結合，我們製造了SPIDER機器人。這證明了機器學團體在過去的幾年裡驚人地增長，同時也證明，使用正確的應用，機器學能夠解決一系列巨大的問題。

1號機器人網（http://www.1hjqr.com/）機器人行業最權威媒體