今年(nián)10月初马(mǎ)斯(sī)克发布的(de)人(rén)形机器人赚(zuàn)足了一波眼球,不过大家的讨论集中(zhōng)在机器人长得像不像人,忽略了一个人类都(dōu)拥有(yǒu)但是大部分机器(qì)人尚不具备的能力,那就是触觉。
触觉是人类感受世(shì)界的接口之一,但生物(wù)体(tǐ)的触觉是一套非(fēi)常复杂的系统。从皮肤接触到(dào)神经细胞把(bǎ)微小的电信号传递到大(dà)脑,让我们能够对(duì)外(wài)界的温(wēn)度、力度、质地(dì)和(hé)重量等等形成感受,是一个(gè)非常复杂的过程,要让(ràng)机器(qì)人(rén)来复制触觉系(xì)统是(shì)一件(jiàn)非常困难的(de)事。
既然(rán)这(zhè)么难(nán),为什(shí)么机器人(rén)一定要带上触(chù)觉感(gǎn)知能力呢?因为有了触觉以后(hòu),物(wù)流分拣机器人就可以像人(rén)类一样抓取类似鸡蛋这种易碎的食品;家用服务(wù)机器(qì)人也能感知抓取物品的力度大小,握手(shǒu)的时候还不会伤到人类。
触觉机(jī)器人还(hái)能(néng)更(gèng)好(hǎo)的帮到残(cán)障人(rén)士。因为今天的(de)机械假肢大部分(fèn)是(shì)没有触觉的,很(hěn)难完成类似于真人一样的触摸(mō)动作(zuò),拥有触觉(jiào)的电子皮(pí)肤可以让残障人士拥有类似(sì)于真人一般的体验感受(shòu)。
在学术和产业(yè)界(jiè),如何(hé)让机器人拥有(yǒu)触觉(jiào),大致(zhì)有(yǒu)两种(zhǒng)技术路线。第一种以麻省理工学院计算(suàn)机(jī)科学与人工智能实验室(CSAIL)为代表,利用AI视觉来模拟触觉感知。
麻省理工的视觉(jiào)科(kē)学教授 Ted Adelson开发了一种机器人(rén)触觉系统GelSight,已经可以实现(xiàn)一些(xiē)精确的操作,比如把USB插头准确插到(dào)电脑接口上。GelSight的机器手表面是一层柔软(ruǎn)的材料,后(hòu)面有(yǒu)一个高精度的AI视觉摄(shè)像头,能够识别(bié)物体(tǐ)的纹理、硬度等信(xìn)息,所以在抓取鸡蛋的时候也不(bú)会担心弄碎(suì)。
但这种技术有一定的局限性,比如无法捕捉(zhuō)快速滑落的物体,还有(yǒu),光(guāng)线不(bú)好(hǎo)的时候(hòu),AI视觉就不(bú)是(shì)那么有(yǒu)用(yòng)了。
第二种技术路线叫电子皮肤(fū),也是被(bèi)更多科学(xué)家更看好的路线(xiàn)。简单来说,就是模拟真实(shí)皮(pí)肤的功能,在物体表面的(de)橡胶材料薄层(céng)里面塞入碳纳米管这样(yàng)的导电材(cái)料,受到压力后,通(tōng)过(guò)检测电(diàn)流的(de)变化(huà),就可以判断受力的大小。
电子(zǐ)皮肤可以让机器人知道是否与人或物进行了接触,随时调节它(tā)们的行(háng)为动(dòng)作和力量大小(xiǎo)。不过电子(zǐ)皮肤依然会面临一些产业(yè)化的难题(tí),其中最主要的问题有(yǒu)两个:
第一个是最让科(kē)学家(jiā)头疼的问题(tí),就(jiù)是持续使用会导致磨损,尤其是在抓取硬(yìng)金属类(lèi)物品(pǐn)的时候。
斯(sī)坦福大学化学工程教(jiāo)授鲍哲南提出过解决方案(àn)--用3D打印(yìn)来修复。现在触(chù)觉机器人大部分结构都是软(ruǎn)体(tǐ)材料,在需(xū)要的(de)时候用数字化建模的方式(shì)打印出(chū)来,就可以(yǐ)常(cháng)年保持更新了。
机器人触觉(jiào)的第二(èr)个(gè)难点就(jiù)是产业化。触觉(jiào)机器人(rén)公司SynTouch的副总裁Peter Botticelli提到,触(chù)觉技术从高校里出来只是第一(yī)步(bù),更艰(jiān)巨的探索是系统集成(chéng),也(yě)就是(shì)怎(zěn)么把一(yī)个个传感器、电机、电池和摄像头做成一(yī)个稳定可靠的产品。
人形机器人这个领域,因为特(tè)斯拉入场,正在(zài)带领产业界的快速进化。今天(tiān)介(jiè)绍(shào)的机器人(rén)触(chù)觉,未(wèi)来最(zuì)大的应用之一很(hěn)可能就是(shì)人形机器人。因为(wéi)长(zhǎng)得像人的(de)机器(qì)人,更容(róng)易让我们觉(jiào)得有亲切感,而一(yī)个带有(yǒu)触觉系(xì)统,能够跟你握手(shǒu)、击掌、拥抱的人形机器人(rén),会让它们进一步融入到人类的生活(huó)中(zhōng)。
这让我想到本田公(gōng)司在1986年启动的(de)人形机器人Asimo,投放在医院、养老院等各(gè)种场景后发现,它(tā)很难(nán)完成基本的(de)看护服(fú)务工作,更别说帮助(zhù)老(lǎo)人穿(chuān)衣(yī)服(fú)这些复杂动作(zuò),最后都成了养老院(yuàn)里的摆设(shè)。
不过在今年(nián)4月份,英国帝国理(lǐ)工学(xué)院机器(qì)人实验室取得了(le)一项突破,公开了(le)机器人(rén)帮(bāng)助人体穿衣服(fú)的技术成果。在这个实验里(lǐ),协作机器人完成了从衣(yī)架上(shàng)取下(xià)衣(yī)服,然后找(zhǎo)到在病床(chuáng)上的病人,展开衣(yī)服(fú),抬起人体模型的手臂,最终完成穿衣的一整套服(fú)务的闭环。
这些成果令人欣喜(xǐ),可以想象,在未来(lái),具备触觉(jiào)能力(lì)的(de)机器人能够随时感知老人的身体状况,除了穿衣服(fú)还能够(gòu)喂饭、盖(gài)被子、搀扶老人走路,或者完成日(rì)常里的细微动(dòng)作,比如剥(bāo)香蕉、切水果,在老龄化的未来(lái)社会,他(tā)们(men)对(duì)于医疗服务领域的帮(bāng)助将会不可(kě)限量。
不(bú)得不说,Asimo的(de)大战(zhàn)略方向(xiàng)是对的,奈何想法过于超前于时代了。好在我们(men)现在正处于人工智能快速发(fā)展的阶段,机器人触觉技术的进步就是AI前沿的(de)体现(xiàn)。未来(lái)机(jī)器人不再是冷冰冰的(de)外壳,它们将拥有和人类比肩的智能和体(tǐ)能,机器人成为社会底(dǐ)层操(cāo)作系(xì)统的进程就会大大加快了(le)。