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CIMON:从太空机器人助手那里学到的设计经验

2019-06-03 14:49:24 来源:EEWorld 山西11选5APP下载


机器人

国际空间站(ISS)上CIMON的合成图像。(来源:DLR/T.Bourry/ESA)

 

面部和声音的设计

保持眼神的交流和沟通的能力是助理机器人应该具备的基本技能,所以服务机器人还需要一张脸。以CIMON为例,它的面部是由一些简单的线条构成的图案,在正面的屏幕上进行显示(上图)。正如前文所提到的宇航员能够接受是工程师面临的主要挑战,设计团队邀请Gerst参与进来从而确保CIMON是宇航员能够接受的工作助手。设计团队提供了几个声音和面孔让Gerst选择,确保Gerst与CIMON在相遇时对结果感到满意,同时使得他在国际空间站上工作时CIMON能给他一种归属感和熟悉感。

CIMON能够协助宇航员的能力是因为它集成了IBM Watson AI系统,这个系统给它提供了核心的语音识别元素。当有人对像CIMON这样的人工智能系统说话时,机器人的任务就是识别说话人的意图。当消息通过音频系统采集时,它会被翻译成书面语言,以便系统能够理解和解释其中的含义。一旦完成讲话人的意图识别,人工智能系统就会根据这句话中的几个关键词来生成回答。

Eisenberg说人工智能(AI)将永远能够理解与其训练相匹配的词汇,这就是为什么当一个新用户试图与一个小项目组进行交互时,这个项目的系统会以一种意想不到的方式作出反应。意识到这个潜在的问题后,设计团队让Gerst与AI进行了两次交互测试,这个过程不仅让人工智能系统熟悉了Gerst,而且还让Gerst适应了怎样与人工智能系统在一起工作。就像使用航空无线电聊天一样,国际空间站上的宇航员有了一种特殊的说话方式,他们使用的关键词都有着明确的意图,所以CIMON在未来与其他宇航员交流时应该不会有任何问题。

互联系统的设计

CIMON采用了大量的航空级连接器和线缆技术,在极端的环境下具备高可靠性的操作。航空级互联技术要求具备广泛的资格认证,从而才能满足航空管理当局制定的高性能标准,确保在出现故障时导致灾难性破坏或损失的情况下有据可查。可靠性是确保任务成功的关键,因此需要采用特殊材料来确保性能。虽然太空环境下是很冷的,但是内部组件的加热可能存在传统制冷能力的限制,使连接器和线缆暴露在可能范围非常宽的动态调节温度的条件下。此外尺寸小且质量轻也是非常重要的,确保在有限可用的空间内的灵活性,并保证总体有效载荷的大小和空间的任务目标,与此同时还必须确保连接的强度以便在极端条件下不会发生连接故障。

安费诺航空公司(Amphenol Aerospace)在设计和制造方面拥有全球领先的地位,为军用、商业航空和工业市场提供高性能的互联系统。安费诺航空公司推出的2M微型连接器正是为高性能互联应用而设计的,这种连接器与同类的产品相比轻了71%、尺寸小了52%、接触密度提升了60%。这些微型连接器的设计和测试符合Mil-Spec级标准,可与MIL-DTL-38999型连接器相媲美,2M系列连接器可以与现有的微型航空航天/国防应用的连接器兼容安装使用。这些轻量级、高密度的连接器在各种高可靠性苛刻的环境中具有最优的特性(尺寸、重量和功耗)。

除气(电子材料会释放一些腐蚀性气体)是太空环境值得关注的一个问题,电子组件释放的气体或者混合如内部冷凝后会形成不同的气体环境,这样导致宇航员暴露在与地球环境完全不同的环境中,此外设计中还要考虑一些极端问题如确保在恶劣环境下(如极端冲击、振动、物理碰撞和压力等)要保证系统的完整性。

Harwin是一家高可靠性互联器件的制造商,其产品适用于各种恶劣的环境,能够承受诸如振动、冲击以及极端温度恶劣条件。它的产品Harwin Datamate系列连接器具备高可靠的四指铍铜接触技术,Datamate连接器在最恶劣的环境下(比如100G的加速度冲击、40G加速的撞击、10G的抗振性,甚至-55℃到125℃的温度条件)都能够确保连接的完整性不会造成传输数据的丢失。

总结

科学家们还希望利用CIMON来观察小团队成员在较长时间内形成的群体效应,比如在向月球以及最终的火星执行长期的任务期间。他们也想更多的了解人类与机器人之间的互动,这种互动的意义非常重大,因为Eisenberg说道未来某一天服务机器人将作为空城人员可能会在这些长期任务中发挥至关重要的作用。

总而言之,CIMON是一个令人印象深刻的机器人。它是借助3D打印机创建的,使用了现成的商用传感器、航空级连接器和线缆技术。而且开发过程持续的时间不到两年,这个过程对于任何应用程序的开发来说都是印象深刻的,而对于航天行业来说可以称得上是史诗般的了。

 

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