一個(gè)MSRR可以自行重組變成不同的形態(tài)，允許它選擇最合適的形態(tài)在當(dāng)前環(huán)境中移動(dòng)。
現(xiàn)代陸戰(zhàn)的面貌變化迅速。全世界的防衛(wèi)組織必須經(jīng)常調(diào)整和提高，以保持與對(duì)手的相對(duì)優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人技術(shù)作為一項(xiàng)特殊領(lǐng)域，許多國(guó)家對(duì)此的興趣也在不斷增長(zhǎng)。它們的主要工作是延續(xù)傳統(tǒng)的路線，即設(shè)計(jì)特種機(jī)器人從事特定任務(wù)。設(shè)計(jì)這些機(jī)器人本意不是用于多任務(wù)，因此當(dāng)被迫應(yīng)付改變了的環(huán)境時(shí)，它們的性能會(huì)遭受些損失。本文建議采用更加通用的方案：模塊化自重組機(jī)器人（MSRR）。它們具備使自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)現(xiàn)有任務(wù)和環(huán)境的能力。它們的極端模塊化結(jié)構(gòu)使那些未經(jīng)培訓(xùn)的用戶在戰(zhàn)場(chǎng)上也能容易地對(duì)其診斷和維修。這類系統(tǒng)固有的大量冗余可以在面臨部分損壞的情況下顯著延續(xù)其性能。它們具備3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：靈活性、可維護(hù)性和健壯性，對(duì)全世界武裝力量來(lái)說(shuō)都有用的鮮明特性。而且澳大利亞根據(jù)其獨(dú)特防衛(wèi)需求（基于地理、現(xiàn)役規(guī)模和部署形式），已經(jīng)享受到了重要的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。本文將討論這種模塊化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)以及一種特殊的試驗(yàn)性應(yīng)用：多功能機(jī)器人（POLYBOT）。
1、模塊化可重組機(jī)器人（MSRR）
模塊化可重組機(jī)器人（MSRR）由大量分散的模塊組成。每個(gè)模塊都可以與另外一個(gè)或其它大量的模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)械上的聯(lián)接。單個(gè)MSRR中的不同模塊數(shù)量很?。ú怀^(guò)5個(gè)），單個(gè)模塊的可能只有一個(gè)自由度，極平常，但是結(jié)合后可以構(gòu)成一個(gè)隨心所欲的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
不僅一個(gè)具備隨意復(fù)雜性的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)，而且大量的極其不同的機(jī)器人也可以由共同的模塊構(gòu)成。特殊機(jī)器人的特性隨著它的形式改變而發(fā)生變化。例如，一個(gè)MRR可以有6條腿，在困難地形上行走（經(jīng)典的爬蟲(chóng)式腿運(yùn)動(dòng)）時(shí)可以使傳感器有效載荷保持穩(wěn)定。另外一個(gè)MRR，也是由同一類模塊構(gòu)成，也許外形象一條細(xì)長(zhǎng)的蛇，能夠爬過(guò)裂縫和管道進(jìn)入一些禁區(qū)。實(shí)際上，在一些特定的限制內(nèi)，一些設(shè)計(jì)優(yōu)秀的模塊可以用于設(shè)計(jì)所有用途的特殊機(jī)器人。
這為在工廠層面節(jié)省成本提供了潛力，采用一、兩種元件制造各種不同的機(jī)器人，也使規(guī)模經(jīng)濟(jì)得到發(fā)揮。但是除了節(jié)約成本的好處得到推廣，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)沒(méi)什么用處。當(dāng)MRR變成模塊化自重組機(jī)器人（MSRR），它們會(huì)變得更加吸引人們的注意。
除了上面討論的特性以外，MSRR間的機(jī)械接口可以實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)，也就是可由機(jī)器人自己控制模塊的結(jié)合（或者對(duì)接）和分離。通過(guò)模塊的分離與再結(jié)合，一個(gè)MSRR可以完全改變自己的基本結(jié)構(gòu)，這就為機(jī)器人可重組特性真正具備價(jià)值留下了空間。下面的段落討論一個(gè)MSRR在陸戰(zhàn)中可以提供的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，其中許多對(duì)澳大利亞軍隊(duì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)可以運(yùn)用。第3節(jié)講述經(jīng)過(guò)發(fā)展后的MSRR與美軍相結(jié)合的特殊應(yīng)用。
2、戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)
過(guò)去20多年，在開(kāi)發(fā)機(jī)器人技術(shù)過(guò)程中開(kāi)展了大量工作。這一節(jié)將討論MSRR與其它機(jī)器人相比所顯示出的優(yōu)勢(shì)。
2.1靈活性
從前的非MSRR（傳統(tǒng)機(jī)器人），某種程度上可以粗略分為兩大類，專業(yè)與通用機(jī)器人。專業(yè)機(jī)器人還遠(yuǎn)未普及。這些機(jī)器人是為了實(shí)現(xiàn)一種特定工作而特別建造的（目的是為了使工作更好、更快、更有效率等）。這些工作包括清潔、焊接、運(yùn)輸和組裝。這些機(jī)器人基本上都是為一種特定的環(huán)境而設(shè)計(jì)，不可改變。而其所使用的環(huán)境也許會(huì)如整個(gè)建筑的地板一樣廣闊，對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)通常固定在一個(gè)高大建筑內(nèi)的一個(gè)位置，建筑內(nèi)所有物體的位置都具有很高的精度。這些機(jī)器人在特定的環(huán)境中從事特定的工作---事實(shí)上，這些它們都經(jīng)過(guò)了優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡管受限于設(shè)計(jì)，使其缺少顯著的靈活性。
盡管主要處于研究階段，但依然存在一些更加通用的傳統(tǒng)機(jī)器人。這些機(jī)器人都是特殊設(shè)計(jì)，具有更多的靈活性。例如，用于老年人護(hù)理的機(jī)器人助手可以取物、運(yùn)送并幫助行走。盡管如此，其所有的技能也是有限的，環(huán)境也僅限于相對(duì)老的房屋的單一樓層。
所以傳統(tǒng)機(jī)器人通常是專門建造并在某一特定環(huán)境中擔(dān)任一些角色。它們這樣工作很多，但也僅此而已?？紤]到自身的規(guī)模，澳大利亞軍隊(duì)發(fā)現(xiàn)具備多種技能的人員并不是想要的，但是又必須要。相似的，一個(gè)靠士兵體力運(yùn)送到戰(zhàn)場(chǎng)的所有裝備都必須是多功能的。所以一個(gè)機(jī)器人，如果要值得一個(gè)已經(jīng)負(fù)重的士兵去費(fèi)力，則必須不僅僅是一個(gè)專門角色。
士兵很少有機(jī)會(huì)工作在定義明確的單一環(huán)境中。所有澳大利亞軍隊(duì)使用的機(jī)器人必須在多變的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)所需的功能。通過(guò)雨林或沙漠，在石堆中或郊外的街道中進(jìn)行操作。澳洲大陸提供的潛在競(jìng)技舞臺(tái)，或者澳洲軍隊(duì)有可能部署的地域，這些環(huán)境變化都是巨大的，這些尺度的環(huán)境變量都必須計(jì)劃好。然而一個(gè)由士兵搭載的足夠小的機(jī)器人卻是面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)。鑒于它的尺寸，即使很小的物體也可能變成障礙，并且小的地形變化對(duì)其來(lái)講也已是很顯著的了。在一個(gè)表面臟污的平面上運(yùn)動(dòng)的技巧與越過(guò)一堆石頭或碎石是不同的，那里每塊石頭都比機(jī)器人大。在城市里，爬過(guò)籬笆或污水管與在草地上爬行明顯不同。現(xiàn)代軍隊(duì)發(fā)現(xiàn)其自身所處的各式各樣（變差，一般是改變）的舞臺(tái)，對(duì)于設(shè)計(jì)用于專門環(huán)境的傳統(tǒng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)形成了一個(gè)特殊的挑戰(zhàn)。一個(gè)MSRR可以改變形態(tài)，使其具備多任務(wù)能力。這類挑戰(zhàn)也使其可以加以適應(yīng)，并工作于或穿越多種環(huán)境。
在陸戰(zhàn)中使用機(jī)器人的一個(gè)關(guān)鍵是靈活性。將在不同的上下文中加以說(shuō)明（在討論澳大利亞防衛(wèi)通信網(wǎng)絡(luò)需求時(shí)），作者相信沃倫?哈克（DSTO陸地公司領(lǐng)導(dǎo)人）的評(píng)論是更加普遍可行的：“適應(yīng)性和可重組能力也許比專門目的的設(shè)計(jì)更重要”這就是制作功能機(jī)器人的準(zhǔn)確目標(biāo)，在第3節(jié)中加以描述的MSRR。
2.2后勤
在軍隊(duì)的所有前伸作戰(zhàn)中面臨的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題就是后勤供應(yīng)。在澳大利亞這樣的國(guó)家，具有如此廣的地域和極其零星的供應(yīng)基地，這種問(wèn)題顯得更加嚴(yán)重，而且這還是在日益考慮頻繁海外部署之前。盡管它并不是本主題的問(wèn)題所在，但也仍然是機(jī)器人領(lǐng)域沒(méi)有解決的問(wèn)題。軍隊(duì)后勤與一件類似機(jī)器人的裝備所擁有的復(fù)雜新部件間的交互操作是很重要的。
澳大利亞國(guó)防軍的后勤部有理由為他們具備快速調(diào)整以適應(yīng)新裝備（經(jīng)常是已經(jīng)下線）的能力而自豪。然而引入幾十種不同的專業(yè)機(jī)器人，每種機(jī)器人都帶有潛在的備件和復(fù)雜的診斷程序，這種狀況即使對(duì)于經(jīng)受戰(zhàn)爭(zhēng)錘煉最多的供應(yīng)軍官來(lái)說(shuō)也是個(gè)惡夢(mèng)。
快速維修的重要性已經(jīng)在DSTO中提到了。Utimus項(xiàng)目是為有效與安全的清除地雷（沒(méi)有傳統(tǒng)地雷掃除方法（坦克+破壞鏈）引起的破壞性損害）而設(shè)計(jì)的，這個(gè)項(xiàng)目的一個(gè)重要方面是所犧牲的“腿”（希望在引爆過(guò)程中機(jī)器人唯一損壞的部分）是在戰(zhàn)場(chǎng)中容易更換并且成本低的。通過(guò)部署一個(gè)MSRR，而不是一群傳統(tǒng)的機(jī)器人，因此機(jī)器人部件占供應(yīng)點(diǎn)的份額有所下降，只有幾種不同的模塊，在多功能機(jī)器人案例中是2個(gè)。所以MSRR把Ultimus項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理念帶入它們的邏輯結(jié)論中。
在一個(gè)MSRR中，診斷是完全自動(dòng)的，維修并不重要。如果一個(gè)模塊故障，那么它可以被內(nèi)部診斷出來(lái)（沒(méi)有單一元件是至關(guān)重要的，將在2.3節(jié)中加以討論）?；谶@種識(shí)別，系統(tǒng)將通過(guò)物理上與故障模塊切斷聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單重組，并將拋棄故障模塊。對(duì)于受過(guò)2分鐘訓(xùn)練的人員來(lái)說(shuō)，足可以將任何一個(gè)替代模塊推入到機(jī)器人的任何部分。MSRR將對(duì)自己進(jìn)行重組，把替代部分置于它所屬的地方。
2.3 優(yōu)雅降級(jí)
雖然對(duì)故障區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行方便的支持與維修很重要，但是防止這些故障所具備的健壯性在第一個(gè)例子中顯得更為關(guān)鍵。在履行戰(zhàn)斗任務(wù)時(shí)，士兵的生命依賴于他們手中工具的表現(xiàn)，即使對(duì)于配發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)裝備，士兵也極不愿意使用任何可靠性存在問(wèn)題的器材。
任何機(jī)械系統(tǒng)，特別是處于嚴(yán)酷的戰(zhàn)場(chǎng)中，都可能變得疲勞或者損壞。一個(gè)帶有許多小的動(dòng)作器、精密的傳感器和復(fù)雜的電子元件的機(jī)器人，是這類故障的最好侯選人，而作者們也確實(shí)沒(méi)有宣稱MSRR是個(gè)例外，但是MSRR提供了一種具備優(yōu)雅降級(jí)和部分自修理的特性。
因?yàn)镸SRR是由數(shù)百或上千的同一模塊組成的，每個(gè)均帶有動(dòng)作器和片上處理系統(tǒng)，所以大規(guī)模的冗余是其設(shè)計(jì)所固有的。對(duì)于給定的自由度，這一系統(tǒng)將能夠經(jīng)常性地在控制層面上簡(jiǎn)單地補(bǔ)償失效模塊，這樣以來(lái)，顯然性能會(huì)受到影響，但是許多情況下不會(huì)很明顯。任何情況下，帶著降低的性能投入工作都遠(yuǎn)好過(guò)大多數(shù)傳統(tǒng)機(jī)器人發(fā)生災(zāi)難性故障的情形，所以通過(guò)這種方式，機(jī)器人降級(jí)是“優(yōu)雅”的。
當(dāng)然有時(shí)候，一個(gè)至關(guān)重要的模塊或者不幸的模塊組合可能發(fā)生故障，即便如此，也沒(méi)有失掉全部功能。通過(guò)自重組這種能力，一個(gè)MSRR可以勝任一定量的自維修。通過(guò)自重組，一個(gè)MSRR可以移動(dòng)或去除這些故障模塊，并使用正處于運(yùn)行狀態(tài)的其它機(jī)體的模塊代替它們。為繼續(xù)執(zhí)行自己所接受的命令，在模塊變少的情況下，需要適應(yīng)。也許要稍微減少每條腿的長(zhǎng)度（如果一些模塊是從其它部分“借”來(lái)的）。這種適應(yīng)可以在MSRR內(nèi)部發(fā)生，但對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)是不可能的。優(yōu)雅降級(jí)加上適應(yīng)性控制，增強(qiáng)了有限度的自維修能力，意味著許多機(jī)器人內(nèi)部的獨(dú)立故障可以在沒(méi)有整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難性故障的情況下繼續(xù)存在。相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)器人，這是一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。
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