今年10月初马斯克发布的人形机(jī)器人赚足(zú)了一波眼球,不过大家的讨(tǎo)论集中在机器人长得(dé)像不像人,忽略了一个人类都(dōu)拥有但是大部分机器人尚不具备(bèi)的能(néng)力,那就是触觉(jiào)。
触觉是人类感受(shòu)世界(jiè)的接口(kǒu)之一,但生物体的触觉(jiào)是(shì)一套非常复(fù)杂的系统。从皮肤(fū)接(jiē)触到(dào)神经细胞(bāo)把微小的电信号传(chuán)递到大(dà)脑(nǎo),让我们(men)能够对外(wài)界的温度、力度(dù)、质(zhì)地和重量等(děng)等形成感受,是一个非常复杂的过程,要让机器人来复制触觉系统是一件非常困难的事。
既然这么难,为什么机器人一定(dìng)要带上(shàng)触觉感知能(néng)力(lì)呢?因为有了触(chù)觉以后,物(wù)流分拣机器人就可以像人类一(yī)样抓取类似鸡蛋这种易碎的食(shí)品(pǐn);家用服务机器人(rén)也能感知抓取物(wù)品的力度大小,握(wò)手的时候还不会伤(shāng)到人类。
触觉机器(qì)人还能更好的帮到残障人士。因为今天(tiān)的机械(xiè)假肢(zhī)大(dà)部分是没有触觉的,很难完成类(lèi)似于真人一样(yàng)的触摸(mō)动作,拥有触觉的(de)电子皮肤可以让残障人士拥有类似于真人一(yī)般的体验感受。
在学术(shù)和产业(yè)界,如何让机器(qì)人(rén)拥(yōng)有触觉,大致有两种技术(shù)路线(xiàn)。第一种以麻省(shěng)理(lǐ)工学院计算机科学(xué)与人工智能实验室(CSAIL)为(wéi)代表,利用AI视觉来(lái)模拟触(chù)觉感知。
麻省理工的视觉科学教授 Ted Adelson开发了一种机器人触觉系统GelSight,已经(jīng)可以实现(xiàn)一些精确(què)的操作(zuò),比如(rú)把USB插(chā)头准(zhǔn)确插到(dào)电脑接口(kǒu)上(shàng)。GelSight的(de)机器手表面是一层柔软(ruǎn)的材料,后(hòu)面有一个高精度的(de)AI视觉摄像头,能(néng)够识别物(wù)体的纹理、硬度等信息,所以在(zài)抓取鸡蛋的时候也不会担(dān)心(xīn)弄碎。
但这(zhè)种技术有一定(dìng)的局限(xiàn)性,比如(rú)无法捕(bǔ)捉快速滑(huá)落(luò)的物(wù)体,还有,光线不好的时(shí)候,AI视觉就不是那么有用了(le)。
第二种技术路线叫电子皮肤,也是被更多(duō)科(kē)学家更看好的路线(xiàn)。简单来说(shuō),就是模拟真实皮肤(fū)的功能(néng),在物体表面的橡胶材料薄层里面塞(sāi)入(rù)碳纳米管这样的导(dǎo)电材料,受到压力后,通过检测(cè)电流的变化,就可以(yǐ)判断受力的(de)大小。
电子皮(pí)肤可以让机(jī)器人知道是否与人或物进行了(le)接触,随时调节它们的行为动作和力量大(dà)小。不过电子皮肤依然会面临一些产业化的(de)难题,其中最主(zhǔ)要的问(wèn)题有(yǒu)两个:
第一个是最让科学家头疼(téng)的问题,就是(shì)持续使用会导致磨损,尤其(qí)是在(zài)抓取硬金(jīn)属(shǔ)类物品的时候(hòu)。
斯坦福大学化(huà)学工程(chéng)教授(shòu)鲍哲南提(tí)出(chū)过解决方案--用3D打印(yìn)来修复。现(xiàn)在触觉机器人大(dà)部分(fèn)结构都是软(ruǎn)体材料(liào),在需要的时(shí)候(hòu)用数字化建模的方式打印出来(lái),就可以常年(nián)保持更新了。
机器(qì)人触觉的第二个难点就是产业化。触觉机器人公司SynTouch的副(fù)总裁Peter Botticelli提到,触(chù)觉(jiào)技术从高校里出来只是第一步(bù),更(gèng)艰(jiān)巨的探索是系统集成,也就是怎么把一个个(gè)传感器、电(diàn)机、电池(chí)和摄像头做成一个稳定(dìng)可靠的(de)产品。
人形机器人这个领域,因为特斯拉入场,正在带领产业界的(de)快(kuài)速进化。今天介绍的机器人触觉,未来最大的应用之一很可能就(jiù)是人形(xíng)机(jī)器人。因为长(zhǎng)得像人(rén)的机器人(rén),更容易让我们(men)觉得(dé)有亲切感,而一个(gè)带(dài)有触觉(jiào)系统,能够跟你握手、击掌、拥抱的人形机器(qì)人,会让(ràng)它们进一步融入到人类的生活中(zhōng)。
这让我想到本田公司在1986年启动的人形机器(qì)人Asimo,投放在医院、养老(lǎo)院等各(gè)种场景后发现(xiàn),它很难完成基本的(de)看护服务工作,更别说帮助(zhù)老人穿衣服(fú)这些复杂(zá)动作,最后都成了养老院里的摆设。
不过在(zài)今年4月份,英国帝(dì)国理(lǐ)工学院(yuàn)机器人实验室(shì)取得了一项(xiàng)突(tū)破,公开了(le)机器人帮助人体穿衣服的(de)技(jì)术成果。在这个实(shí)验里,协作(zuò)机器(qì)人完(wán)成了从衣架上取(qǔ)下衣服,然后找到在病床上的(de)病(bìng)人,展开衣(yī)服,抬(tái)起人体模型的手臂(bì),最(zuì)终完成(chéng)穿衣的一整(zhěng)套服务的闭环。
这些成果令(lìng)人欣喜,可以想象,在(zài)未来,具备触觉能力的机器人能够随时感知老人的(de)身体(tǐ)状况,除了(le)穿衣服还能够喂饭、盖被子、搀(chān)扶老人走路,或者完成日常里的(de)细微(wēi)动作,比(bǐ)如剥香蕉、切水果,在老龄化的(de)未来社(shè)会,他们对于(yú)医(yī)疗服务领域的帮(bāng)助将会不可限量(liàng)。
不(bú)得不说,Asimo的大战略方向是(shì)对(duì)的,奈何(hé)想(xiǎng)法(fǎ)过(guò)于超(chāo)前于时代了。好在我们现(xiàn)在正处于人工智能快速发(fā)展(zhǎn)的阶段,机(jī)器人触觉技(jì)术的进步就是AI前沿的体现(xiàn)。未来机器(qì)人不再是冷冰冰的外壳,它们将拥有和(hé)人类比肩(jiān)的智能和体能,机器人成为社会底层(céng)操作(zuò)系统的进程就(jiù)会大大加快了(le)。