认识 NASA 制造过的最令人毛骨悚然的机器人

The motor driven articulated dummy
这具模型虽然略有磨损,但仍基本保持着 20 世纪 60 年代的完整状态。RR Auction

为了实现 20 世纪 60 年代美国人进入太空并登陆月球的宏伟目标,没有任何研究项目是太过奇特的,即使是将一堆电线、马达和液压管悬挂在一根横梁上,勉强构成人形。这个被称为“动力驱动关节假人”(power driven articulated dummy)的项目,是 NASA 试图在不使用人体测试对象的情况下开发宇航服的一次失败尝试,而且它可能是该机构有史以来最令人毛骨悚然的发明之一。

engineer shaking hands with a dummy
IIT/NASA

在设计和制造宇航服时,有很多因素需要考虑,其中一个重要的因素就是宇航员在服装内的活动便利性。对于制造宇航服的工程师来说,这意味着他们需要了解设计方案的阻力有多大,或者更简单地说,宇航员需要多大的力量才能克服加压层(气囊和织物)的阻力进行移动。但有时,宇航服的活动阻力会大到让测试的宇航员或工程师受伤。NASA 希望将人从这个过程中排除出去,并利用一个机器人收集一些关键数据点。

这一需求促成了合同 K6051 的签订。该合同最终授予了伊利诺伊理工学院(Illinois Institute of Technology),由此产生的项目从 1963 年 5 月 22 日持续到 1965 年 7 月 31 日,并催生了用于宇航服测试的动力驱动关节假人。

这个重达 230 磅的假人是一个特制的测力计,形状像一个人,因此可以测量宇航服内部的扭矩和阻力。它并不是一个机器人;它无法自行移动,也没有平衡系统,因此无法站立。它悬挂在一根横梁上,由控制台的操作员进行控制。但这并不意味着它是一个简单的机器。

这个假人是一堆错综复杂的电线、电子元件、液压管和电动关节组成的,被塑造成人的形状。这些硬件共同负责关节的活动、肢体运动的控制、对每次运动相关的扭矩力进行感应和测量,并为假人提供结构。一切都必须协同工作。

The naked articulated dummy
即使没有覆盖物,这个假人看起来也像人形。而且很吓人。IIT/NASA

每当控制台的操作员让假人移动时,一个旋转液压驱动器就会为该运动提供动力。当它移动时,运动的扭矩力通过悬臂梁传递到一个相邻的构件上。该构件上装有一个应变片,用于测量力,而这个测量值就成了工程师的基准。当与已知的扭矩水平进行校准时,它就能告诉工程师假人移动时施加了多大的力。在正确的测试条件下,他们就可以确定宇航服内部的宇航员移动它需要多大的力。

但事情并没有那么简单,因为人类的运动和关节非常复杂。我们有简单的铰链关节,就像门上的铰链一样工作,但我们也有更复杂的椭圆形、马鞍形、球窝形和枢轴关节。初步研究发现,假人内部的空间不足以复制这些复杂的人体关节,更不用说 20 世纪 60 年代微型组件还没有小到足以塞进假人里面。尽管工程师们尽了最大的努力,却无法让假人真正复制人类的全部活动范围,于是他们做了一些妥协,选择了最简单的方式来模拟 35 种最常见的人类运动。

假人的设计允许单个关节独立移动,或者假人可以进行最多四次同步旋转以实现更复杂的运动;四次的限制是由操作员在控制台上的能力决定的。操作员还需要注意不要以错误的方式移动假人,以免关节卡死。例如,头部和肩膀如果移动不当或在错误的时间移动,可能会卡住,因此操作员需要一定的技巧。

但能够移动只是问题的一半。如果假人要为未来的宇航员测试宇航服,它不仅要近似人的形状,还要近似人的尺寸。因此,设计者们煞费苦心地使其具有可调节性。为了适应从第 5 百分位到第 95 百分位的男性身材,躯干、四肢和颈部都可以拉长,这样假人就可以站立在 5 英尺 5 英寸(比格斯·格里森和皮特·康拉德略矮)到 6 英尺 2 英寸(约翰·格伦是宇航员中较高的)之间。

a robotic dummy with a wetsuit on
IIT/NASA

为了增加其人性化,它还配备了一种“皮肤”。假人的机械部分被 1/32 英寸厚的铝材覆盖,铝材由肋骨和成型件支撑。但由于这种“皮肤”没有弹性,所以在关节处缺失,以便让假人有更大的活动范围(并带来一种令人毛骨悚然的未完成感)。外层是 1/8 英寸厚的氯丁橡胶泡沫,制成了裤子、夹克和靴子,这让它看起来像穿着潜水服的人。假人的头部由玻璃纤维增强的聚苯乙烯制成,眼部区域是可拆卸的,以便工程师能够轻松地接触到头部腔内储存的机械装置。

尽管在开发和建造这两具假人上付出了巨大的努力,但它们都没有按预期使用。事实证明,液压系统在没有泄漏的情况下无法提升假人的四肢。尽管采取了包括给假人穿上潜水服在内的创造性解决方案,但问题仍未解决,项目最终被搁置。

但这些假人得以保存。其中一个陈列在史密森学会的乌德瓦尔-哈齐博物馆(Udvar-Hazy museum),另一个则正在拍卖。如果您有多余的 80,000 美元,就可以 拥有这件 obscurity and super creepy piece of history。拍卖将于 2016 年 9 月 26 日开始。

资料来源:RR AuctionIIT Report

 

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我的学术背景是科学史,但我从小就对太空飞行感兴趣,那是在我小学时,我看到了一张两个宇航员在月球上的卡通画。我把七岁时对阿波罗计划的好奇心转化为一名太空飞行历史学家和自由撰稿人的职业生涯。

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