今(jīn)年10月(yuè)初马斯克发布的人形机器人(rén)赚足了一波眼球,不过(guò)大家(jiā)的讨论集中在机器人长(zhǎng)得(dé)像(xiàng)不像人,忽略了一个人类都(dōu)拥有但是大部分机器人尚不(bú)具备的(de)能力,那就是触觉。
触觉是人类感受世界(jiè)的接(jiē)口之一,但生物体(tǐ)的触觉是一套非常复(fù)杂(zá)的系统。从皮肤接触到神经细胞把微小的(de)电信(xìn)号传(chuán)递到大脑(nǎo),让我们能够对外界的温度、力度、质地和重量等(děng)等形(xíng)成(chéng)感受(shòu),是一个非常复杂的过程(chéng),要让机器人来复制触觉(jiào)系(xì)统是(shì)一件非常困难的(de)事(shì)。
既(jì)然这么(me)难(nán),为什么机器(qì)人一定要带上触(chù)觉感知能(néng)力呢?因(yīn)为有了触觉以后,物流分(fèn)拣机器人就(jiù)可以像(xiàng)人类一样(yàng)抓取类似鸡蛋(dàn)这(zhè)种易碎的(de)食品;家用服(fú)务机(jī)器人(rén)也能感(gǎn)知抓(zhuā)取物品的力(lì)度大小(xiǎo),握手的时候还不会伤到人类。
触觉机器人(rén)还(hái)能更好的帮(bāng)到(dào)残障人(rén)士。因为今天的机(jī)械假肢大部分是没有触觉的,很难(nán)完成类似于真(zhēn)人一样的(de)触摸动作(zuò),拥有(yǒu)触觉的电子皮肤可(kě)以让残障人(rén)士拥有类似于真人一(yī)般的(de)体验感(gǎn)受。
在(zài)学(xué)术和产业界,如何让机器人拥(yōng)有触觉,大致有两种(zhǒng)技术路线。第一(yī)种以麻省理工学院计算机科学(xué)与(yǔ)人工智能(néng)实(shí)验室(CSAIL)为代表,利用AI视觉(jiào)来模拟触觉感知。
麻省理(lǐ)工的视觉科学教授 Ted Adelson开发了一种机器(qì)人触(chù)觉(jiào)系统GelSight,已经(jīng)可以实(shí)现一些精确的操作,比(bǐ)如把(bǎ)USB插头准确插到电脑接口上。GelSight的机器手表面是一层柔软的材料,后面有一个高精度的AI视觉摄像头(tóu),能够识别物体的纹理、硬度(dù)等(děng)信息(xī),所(suǒ)以在(zài)抓(zhuā)取鸡蛋(dàn)的时候也(yě)不会担心弄碎。
但这种技(jì)术有一定的局限性,比如无(wú)法捕捉快速(sù)滑(huá)落的物体,还有,光线不(bú)好的时候,AI视(shì)觉(jiào)就不是那么有用了。
第二(èr)种技术路线(xiàn)叫电子皮(pí)肤(fū),也是被(bèi)更多科学(xué)家(jiā)更看好的路线。简单(dān)来说(shuō),就(jiù)是(shì)模(mó)拟真实(shí)皮肤的功能,在物体(tǐ)表面的橡(xiàng)胶(jiāo)材料薄层里面塞入碳(tàn)纳米管这(zhè)样的导电材料,受(shòu)到(dào)压力后(hòu),通过检测电流的变(biàn)化(huà),就可以判断受力的大小。
电子皮肤可以让机(jī)器人(rén)知(zhī)道是否与人或物进(jìn)行了接(jiē)触,随时(shí)调(diào)节它们的行为动作和力量大(dà)小。不过电子(zǐ)皮肤依然会面临一些(xiē)产业化的难(nán)题,其(qí)中最主要(yào)的问题有两个:
第一个是(shì)最让科学家头(tóu)疼的(de)问题,就是持续(xù)使用会导致磨(mó)损(sǔn),尤其是(shì)在(zài)抓(zhuā)取(qǔ)硬(yìng)金(jīn)属类物品的时候。
斯坦福大学化学工程教授鲍哲南提出过解决(jué)方(fāng)案--用(yòng)3D打印来修复。现在触觉机器人大部分(fèn)结构(gòu)都(dōu)是软体材料,在需要的(de)时候用数字化建模的方式打印出(chū)来(lái),就可以常年保持更(gèng)新了。
机器人触觉(jiào)的第(dì)二个难(nán)点就是产业(yè)化(huà)。触觉机器人公司SynTouch的副总裁Peter Botticelli提到,触觉(jiào)技术(shù)从高校(xiào)里出来只是第一步,更艰(jiān)巨的探索(suǒ)是系统集(jí)成,也(yě)就是怎么把一个个传感器、电(diàn)机、电池和(hé)摄像头做成(chéng)一个稳定可靠的产品。
人(rén)形机器人这个领域,因(yīn)为特斯拉入场,正在带领(lǐng)产业界的快(kuài)速进化(huà)。今天介(jiè)绍的机器人(rén)触觉,未来最大的应(yīng)用(yòng)之一(yī)很可能就是人形(xíng)机器人。因为长得像人的机器人,更容易(yì)让(ràng)我们(men)觉得有亲切感,而(ér)一个带(dài)有触(chù)觉系统(tǒng),能够(gòu)跟(gēn)你握手、击掌、拥抱的人形(xíng)机器人,会让(ràng)它们进一(yī)步融入到人类的生(shēng)活中。
这让(ràng)我想到本田公司在1986年启(qǐ)动的人(rén)形(xíng)机器人Asimo,投放在医院、养(yǎng)老院等各种场景后发现,它(tā)很难完成基本的看护服(fú)务工作,更别说帮(bāng)助老人穿衣服这(zhè)些复杂动作,最后都成了养老院里的摆(bǎi)设。
不过(guò)在今年(nián)4月份,英国帝(dì)国理工学院机器人(rén)实验室(shì)取得(dé)了一项突(tū)破,公开了机器人帮助人体穿衣服的技术成(chéng)果。在这个(gè)实验(yàn)里,协作机器人完成(chéng)了从衣架上(shàng)取下衣服,然后找到在病床(chuáng)上的病人,展开衣服,抬起人体(tǐ)模型(xíng)的手(shǒu)臂,最终完成穿衣的一整套服务的闭环。
这些成果令人欣喜,可以想(xiǎng)象,在未(wèi)来,具(jù)备触觉能力(lì)的机(jī)器人能(néng)够随时感(gǎn)知老人的身体(tǐ)状(zhuàng)况,除了穿(chuān)衣(yī)服还能够喂饭、盖被子、搀扶(fú)老人走路,或者完成日常里的细微(wēi)动作,比(bǐ)如剥香蕉、切水果(guǒ),在老(lǎo)龄化的(de)未来(lái)社会,他们对于医疗服务(wù)领域的(de)帮助将会不可限量。
不得不说,Asimo的大战略方向是对的,奈何想(xiǎng)法过于超(chāo)前于时代了(le)。好在我们现(xiàn)在正处于人工智能快速发(fā)展的阶(jiē)段,机(jī)器人触觉技(jì)术的进步就是AI前沿的(de)体现。未来机器人不再是(shì)冷冰冰的外(wài)壳,它们将拥有(yǒu)和人(rén)类比肩的智(zhì)能和体能,机器人成为社会底层操作系(xì)统(tǒng)的(de)进(jìn)程就会大大加快(kuài)了。