众所周知，太空环境非常恶劣。即使在空间站中，航天员的各种活动也会由于失重而变得十分不便。航天员出舱作业，在浩瀚星空里进行太空行走更不是一件容易的事儿。舱外没有空气，人暴露在太空中将面临失压、缺氧、低温和辐射伤害等危险，所以必须穿上保护身体的铠甲——舱外航天服。但航天服鼓鼓囊囊的，穿上它行动非常不便，使人显得笨手笨脚，而且航天员长时间舱外活动不仅很累，也并不是完全安全的。航天员是人类中的精英，让他们冒着生命危险从事太空维修、拆卸和装配等简单重复的工作，不仅大材小用，而且一旦发生意外，损失难以估量。此外人类对月球和火星探测的发展越来越重要，外太空的复杂环境更加难以应对。因此，打造如同人一般灵活的仿人机器人航天员成为了各国科学家们着手研究的议题。这种机器人不仅能协助人类航天员完成零碎的工作任务，减少航天员的工作，让他们腾出时间去做更重要的事情，还能代替人类从事危险的工作，保障人类的生命安全。 

　　美国“R2” 

　　2011年2月，由美国发现号航天飞机搭载发射至国际空间站，名为“机器人航天员2号”（简称“R2”）的机器人是第一个进入太空的仿人机器人。铝合金和非金属材料制造，由头部、结实的身躯、两只强壮的臂膀和两只超灵巧手构成，质量约150公斤。虽然暂时还没有安装双腿，但R2能凭借仅有的一根立柱，让自己固定和移动到不同的位置，很像一名航天员在走来走去。R2是由美国宇航局和通用汽车公司联合研制的，被送到国际空间站后，接受一系列测试确保其能在太空环境中正常工作。目前它还无法承受空间站外的太空极端环境，活动范围限制在命运号实验舱内，进行微重力、站内辐射、电磁干扰等空间环境影响的测试与评估，随着技术进步，它的活动范围可能会增加。它具有视觉、触觉、听觉等功能的传感器，可以感知温度、重量、距离、方位、形状和大小等，相当于人类的感知器官。科学家表示，为R2增加言语功能并不难，但目前不需要，航天员更需要配合得力的助手。科学家从地球表面使用远程指令控制，R2机器人能够在任务面板上进行一系列操作。同时，R2还能和航天员一样使用相同的工具，并且在“自动监控”模式下进行一定范围内的自行“思考”。 

　　“机器人航天员”的研制最早始于1997年。2006年，美国宇航局首先研制出机器人航天员1号，在地面完成了多项试验。2007年开始研制R2，R2比它的前辈更灵活，更先进。其手指的灵活程度，近似于戴手套工作的人类航天员，操作范围和动作速度都远超机器人航天员1号。R2有4个手指活动关节，每根手指有23牛顿的抓力，指尖能感受到羽毛的存在，能完成航天员需要戴着手套完成的精密任务和之前仿人机器人所不能完成的复杂工作。目前，专家仍在继续改进R2，期望有一天让它利用外加轮子或腿在行星或小行星上行进，为人类进行勘测，帮助人类建造和拆卸工作站或居住点等。 

　　日本“Kirobo” 

　　世界首个会说话的机器人“Kirobo”（基博）是2013年8月4日被送上太空的，是个聊天机器人，用于陪伴航天员，免得他们在寂寥的太空中感到孤独寂寞。语言处理技术能让“基博”以一种合成的声音讲话，它头部的摄像机就是它的“眼睛”，利用预先安装好的人脸识别软件可以识别人脸。由于无需从事体力工作，“基博”体型很小，高34厘米，宽18厘米，厚15厘米，质量1公斤，它的设计灵感来自于动画人物“铁臂阿童木”，可完成多种肢体动作。它在“国际空间站”协助航天员接受地面的指令，陪航天员说话，为航天员们解闷。为确保“基博”的可靠性，已进行了几十项测试，其中包括模拟空间站的失重环境，观察机器人能否正常活动等。初上天时，可能因为辐射无法正常工作，后来恢复正常。“基博”在地球上还有一个“孪生”机器人，名叫Mirata，用于监测“基博”在太空中可能遇到的问题，通过语音指令，指导“基博”执行任务。机器人专家表示，“基博”要突破以往人们对机器人语言呆板的印象。不过它目前还存在缺陷，偶尔会因为听不懂人类的意思而语塞。 

　　俄罗斯“Fedor” 

　　俄罗斯在地面上也在进行相关研究。俄载人航天系统总设计师宣布计划，“Fedor”（费多尔）仿人机器人2021年跟随联邦号飞船进行首次自主无人飞行试验的计划已经审核通过，它将成为该飞船上的第一名“航天员”。 

　　费多尔具备自主做出最优选择的能力，同时可被直接操控。互联网上已经公布了费多尔机器人地面试验的相关视频，视频中它可以驾驶汽车、完成电弧焊、匍匐前进、托举哑铃等。目前有两种原型在开发中：由操作员控制的遥操作机器人——机器人模仿操作员，做出和操作员一样的动作，同时摄像机将机器人所看到的现场视频反馈给操作员；另一种是由操作人员进行远程控制的机器人，或通过人工智能编程的机器人。工程师们想使机器人足够智能化，能进行自动操作，不用进行人工输入。机器人费多尔还处于测试阶段，科学家还将让它学会奔跑以及自己跨越障碍。机器人体格更强，不用睡觉，工作时间更长，且不会分心，已几乎准备好在太空中的首次亮相。 

　　中国“钢铁侠” 

　　2015年11月在上海开幕的2015中国国际工业博览会上，中国航天首次展出机器人航天员，由于其外形酷似“钢铁侠”，吸引了很多参观者的目光。该机器人是中国的航天机构针对航天器在轨服务研制的新型空间机器人。主要用于辅助或替代航天员开展在轨操作，致力于成为航天员不可或缺的伙伴和助手。它是一个固定基座双臂机器人，在构型上与人相似，由7自由度手臂，3自由度颈部，2自由度腰部，12自由度五指灵巧手，末端操作工具，头部等组成。可用于空间站舱内外服务，卫星在轨维修和加注，也可推广用于民用服务机器人。 

　　相信在未来的太空中，机器人将是人类航天员工作的左膀右臂，担当起好助手的角色，与人类成为共同工作的好伙伴。 

作者：中科院沈阳自动化所 光电信息技术研究室 潘旺