察看沉入深海的船只、在充满辐射的空间里搬运危险物质、为相隔数千公里的患者做手术，这些都是人很难亲临现场完成的典型工作。然而如今，人们坐在安全的地方就能完成这些工作。
秘诀在于把人的手和眼转移到远处机器上的技术。操作者移动手柄，远处的机械臂便做出同样的动作；机器人的摄像头和传感器所看到、感受到的，又会传回给人。这种人与机器保持距离、直接操控机器的方式，叫作“遥操作（Teleoperation）”。
本文将依次介绍遥操作最初如何在放射性实验室中扎根、构成它的基本要素、距离造成的时间延迟问题，以及它如今在手术室、深海和太空中的样貌。
把人手延伸到远方的技术
诞生于放射性实验室的机械臂
遥操作机器人的起点是核研究。放射性物质不能徒手触碰，但为了做实验，总得有人精确地夹起并搬运它们。
（1）戈尔茨的主从机械手
美国阿贡国家实验室的机械工程师雷蒙德·戈尔茨（Raymond Goertz）于1948年设计出可以在铅玻璃墙外操作的机械手，并在1949年申请了专利。人在外面移动操纵臂，屏蔽室内的机械臂便原样跟随这一动作。
（2）连指尖的感觉也传过去
戈尔茨意识到，要处理易碎物品，光靠眼睛看是不够的。于是他让内侧机械臂所受的力回传到操纵臂上，使人能用手感受到握持物体的力度。从1954年起，改进后的机械手开始作为商品生产，推广到多个国家的核设施。
（3）小说里先描绘出的装置
更早在1942年，罗伯特·海因莱因（Robert Heinlein）在短篇小说《瓦尔多》（Waldo）中描写了模仿人手动作的机械手。此后，人们便习惯把遥操作用的机械手称为“瓦尔多”（waldo）。
构成遥操作的四个要素
遥操作系统外观各异，但骨架大致相同：有人这一端和机器人那一端，信号在两者之间往返，把它们连接起来。
- 主端设备（Master Device）：操作者直接握住并移动的手柄、操纵杆或操纵臂。
- 从端机器人（Slave Robot）：在远处现场跟随主端设备的动作实际干活的机器人。
- 通信信道（Communication Channel）：在两者之间传送指令和信息的电线、光纤网络或无线电波。
- 反馈（Feedback）：把现场的图像、声音以及机器人所受的力传回给人的信息。
其中，把机器人所受的力回传给主端设备的方式叫作双向控制（Bilateral Control）。有了这种感觉，人才能像只用不至于捏碎鸡蛋的力气那样精细地操作。
更进一步，借助头戴式显示器和触觉装置，让操作者仿佛身临现场，这叫作遥临场（Telepresence）。戈尔茨本人也制作过早期的头戴式显示器，很早就试验了这一构想。
距离造成的时间延迟
遥操作中最棘手的敌人就是距离本身。信号往返需要时间，人看到的画面已经是过去的瞬间，手部动作的结果也会延迟出现。
（1）在月球上远程驾驶
1970年苏联的月球车1号（Lunokhod 1）是由地球上的驾驶员实时操控的月球车。即使以光速传播，信号往返也要约2.5秒，驾驶员只能看着延迟传来的画面小心行驶。
（2）在火星上难以直接操控
根据火星与地球的距离，信号单程就要几分钟到20多分钟。因此，火星车的工作方式是由地面团队预先规划好当天的任务并发送过去，再由机器人自行执行储存的指令。
（3）人定目标，机器人管细节
像这样由人设定目标和路线，而避开障碍物等细节动作由机器人自行完成的方式，叫作监督控制（Supervisory Control）。延迟越长，机器人承担的部分就越大。
走进手术室、深海与太空
如今，遥操作已经扩展到几乎所有人难以抵达的地方。因为无论距离多远、环境多危险，都能把人的判断和技艺原样送过去。
（1）跨越大西洋的手术
2001年9月7日，法国的雅克·马雷斯科（Jacques Marescaux）教授团队在美国纽约操控手术机器人，为约6,230公里外法国斯特拉斯堡的一名68岁患者切除了胆囊。这次手术以首位单人飞越大西洋的飞行员命名，被称为“林德伯格手术”。
（2）潜水员到不了的海洋
遥控潜水器在对人类潜水而言过深或过于危险的海域修理海底设施、调查沉船。考察泰坦尼克号残骸时也用到了这类潜水器。
（3）空间站的两只手臂
国际空间站上有一台名为德克斯特（Dextre）的双臂机器人，帮助宇航员无需进行危险的太空行走就能操作舱外设备。
与其说遥操作是机器人取代人的技术，不如说它是把人的手和眼延伸到人去不了之处的技术。正是靠着由人做判断、由机器承担风险的这种协作，我们才得以在更深、更远的地方工作。
把人的感官与机器的身体连为一体，这正是打造能在远处工作的机器人的机器人学第一步。
