21世纪机器人技术：分布式系统、远程呈现与太空探索
21世纪机器人技术：分布式系统、远程呈现与太空探索
现代机器人本质上是分布式的。复杂机器人由自主、半自主、人控模块混合组成，需紧密协同。远程机器人学目标是通过视频与触觉反馈回传，给操作员在机器人位置的临场感。
对欧洲航天局（ESA）而言，此能力对行星或深空任务至关重要。操作员可坐在空间站甚至地球，远程控制数千公里外设备。
远程呈现通过触觉力反馈与增强现实视频结合实现。感官信息越丰富，操作员感知越自然，远程控制精度与安全性越高。
最大障碍是通信链路。机器人实时控制回路依赖低延迟可靠数据流，但操作员与远程机器人链路常面临高延迟、丢包、甚至短暂断连——深空或宽带互联网尤甚。此链路必须作为控制系统组成部分，双端持续感知其状态以维持安全稳定。
ESA多学科团队——机电、计算机视觉、控制理论、软件工程专家——采用数据中心方法。将系统状态、视频帧、控制信号建模为数据，自然整合链路状态至整体系统状态。这引导我们评估数据分发服务（DDS），NASA已用于空间通信。调研显示DDS能支持即使最恶劣链路下的实时远程操作，开拓空间机器人新疆域。
2014年5月TEDx RheinMain RocketMinds活动中，我用EXO-1外骨骼原型远程控制500公里外Kuka机械臂。任务——将金属销插入公差<0.5mm孔——基于互联网2G广域网连接，模拟典型空间链路延迟丢包。尽管有15秒延迟与显著数据丢失，DDS仍为触觉反馈、控制回路、实时视频维持无缝通信，证明极端条件下精密远程机器人可行。
2014年，NASA宇航员Barry Wilmore在国际空间站完成首次太空机器人力反馈实验——Haptics-1，确证触觉远程操作在地球大气层外可行性。
首次在太空使用触觉反馈！今日@Space_Station#haptics-1成功进行！pic.twitter.com/30zD5GzGqs
— ESATelerobotics (@ESATelerobotics) 2014年12月30日
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