在日本和瑞士的研究人員近日揭示了一個巨型機械手,這一創新可能會徹底改變社區應對自然災害的準備和恢復方式。這個機器是由熊谷組、筑波大學、奈良科學技術研究所及蘇黎世聯邦理工學院共同研發的,結合了先進的機器人技術與人工智能,旨在處理那些通常會對人類工人造成重大風險的危險清理工作。這一名為CAFE(Collaborative AI Field Robot Everywhere)的項目,獲得了日本內閣辦公室及日本科學技術機構的資助。經過五年的開發,這個機器的設計旨在為充滿不穩定碎片、水災區域和崩塌懸崖的災區帶來安全和精確性。
這個巨型機械手的突出之處在於它能夠根據所拾取物品的類型自適應其抓握方式。受蘇黎世聯邦理工學院的柔性機器人研究啟發,這個手臂被設計成能夠同時處理脆弱和重型物體,使用的氣動驅動器就像是空氣驅動的肌肉。手指尖和手掌中的傳感器實時地向系統反饋信息,使機械手能夠決定以多大的力度或輕柔的方式來握住物品。在筑波的示範中,這隻手成功地拾取了柔軟的泡沫塊和鋸齒狀的金屬片,沒有造成損壞或失控的情況。它能夠瞬間從輕柔的握持轉變為穩固的抓握,充分展示了其處理不穩定災後碎片的能力。
除了靈活性,這隻手還具有足夠的耐用性,能夠在侵蝕性的河床或堵塞的山谷等惡劣環境中運行。其重量限制為3噸,使其能夠進入傳統重型設備無法抵達的地區。這種靈活性為救援行動提供了一個更安全和有效的選擇,以清除偏遠或危險地形中的障礙物。該項目的另一個主要目標是解決自然堤壩的形成問題。當因地震或大雨引起的山泥傾瀉堵塞河流時,整個社區面臨著洪水的風險。傳統上,工人們不得不在危險的條件下手動挖掘渠道或設置水泵,這一情況在2004年的新潟中越地震後尤為明顯。
CAFE團隊的解決方案是將機械手與一個基於人工智能的挖掘系統相結合。奈良科學技術研究所的研究人員利用模擬到真實的強化學習技術來開發這個軟件。人工智能首先在數字模擬中進行訓練,學習如何挖掘、識別障礙物並調整行動。一旦測試完成,它便能將這些技能應用於現實的災後環境中。這個系統並不是簡單地遵循固定的命令,而是能夠實時學習和適應。它能夠決定挖掘的深度、施加的壓力,以及如何在不穩定的環境中移除隱藏物體。這種自適應的方式在面對不可預測的條件時尤為關鍵,因為傳統機械或人力勞作在此類情況下都會存在安全隱患。
在2025年8月於筑波的示範中,該項目展示了其技術成熟度等級(TRL)4,證明機械手和人工智能能夠在控制環境中運作。下一個目標是TRL 5,這意味著要展示其能夠在更現實的條件下運行。到2025年11月,該團隊希望能夠準備好進行現實世界的測試以及最終的部署。這一合作結合了多個領域的優勢,熊谷組提供了在建設和重型設備方面的實際專業知識,而蘇黎世聯邦理工學院則專注於先進的機器人設計,特別是柔性機器人技術。筑波大學和奈良科學技術研究所則專注於將人工智能整合進系統,使其成為一個自主解決問題的工具,而不僅僅是一個工具。如果項目成功,這隻機械手將對全球的災害管理策略至關重要,從清理堵塞的河流到小心地移除地震後的碎片,該機器旨在減少對人類工人的風險並加快恢復行動的進程。
