今年10月初马斯克(kè)发(fā)布(bù)的人形(xíng)机器人赚足了一波眼球,不过大家(jiā)的讨论集中在机器(qì)人(rén)长得(dé)像不像人,忽略了一个人(rén)类都拥有但是大部(bù)分机器人尚不具备(bèi)的能力,那就是触觉。
触觉是人类(lèi)感受世界(jiè)的接口(kǒu)之(zhī)一,但生物体的触觉是一套非常(cháng)复杂(zá)的系统。从皮肤(fū)接触(chù)到神(shén)经(jīng)细胞(bāo)把微小的电信号传递(dì)到大脑,让我们能够对(duì)外界的温(wēn)度、力度、质(zhì)地和重量等等形成感受,是一(yī)个非常复杂的过程(chéng),要让机器人来复(fù)制触觉系统是一件非(fēi)常困难的事(shì)。
既然这么难,为什么机器(qì)人一定(dìng)要(yào)带上触觉感(gǎn)知(zhī)能力呢?因为(wéi)有了触觉以后,物流分拣(jiǎn)机器人就可以(yǐ)像人类一样抓取类似鸡蛋这(zhè)种易碎的食品;家用服务机(jī)器人也能感知抓取物品的力度(dù)大小,握手的时候(hòu)还不会伤(shāng)到人类。
触觉机器人(rén)还能更(gèng)好的帮到残障人士(shì)。因为今天的(de)机械假肢(zhī)大部分是没有触(chù)觉的(de),很难完成类似于真(zhēn)人一样的触摸动(dòng)作,拥(yōng)有触觉的电(diàn)子皮(pí)肤可以让(ràng)残障(zhàng)人士(shì)拥有类似于真人一般的体验感受。
在(zài)学术和(hé)产(chǎn)业界,如何让机(jī)器人拥有触觉,大致有(yǒu)两种技术路线。第一种以麻省理工学院计算机科(kē)学与人工智能实验室(CSAIL)为代表(biǎo),利用AI视觉来模(mó)拟(nǐ)触觉(jiào)感知。
麻省理工的视觉科学教授 Ted Adelson开发了一种机器人(rén)触觉系统GelSight,已经可以实现一些精确的(de)操作(zuò),比如(rú)把USB插头准(zhǔn)确插到(dào)电脑接口(kǒu)上。GelSight的机器手表面是一(yī)层柔软的材料,后面有一(yī)个高精度的AI视觉(jiào)摄像(xiàng)头,能够识别物体的纹理(lǐ)、硬(yìng)度等信息,所以在抓(zhuā)取鸡蛋的时候也(yě)不会(huì)担心弄碎。
但这种技术有一(yī)定(dìng)的局限性(xìng),比如(rú)无法捕捉快速滑落的物体,还有,光线不好的时候,AI视觉就不是那(nà)么有用了(le)。
第二种技术路线叫(jiào)电子皮肤(fū),也是被更多科学家更(gèng)看好的路线。简单来说,就是模(mó)拟真实皮肤(fū)的功能,在物体表面(miàn)的橡胶材料薄层里(lǐ)面塞入碳纳米管(guǎn)这样的(de)导电材料,受到压力(lì)后,通过检测电流的变(biàn)化,就(jiù)可以(yǐ)判断受力的(de)大小。
电子皮肤可以让机器人知道是否与人或(huò)物进行了接触(chù),随(suí)时调节它们的(de)行为动作(zuò)和力量(liàng)大小。不过电子皮肤依然会(huì)面临一些产业化的难题,其中最(zuì)主要的问题有两(liǎng)个:
第一个是最让科学家头疼的问题,就是持续使用会导致磨损,尤其是在抓取(qǔ)硬金属类物品的时候。
斯(sī)坦福大学化(huà)学工程教授(shòu)鲍哲南提出过解决方(fāng)案--用3D打印来(lái)修复(fù)。现在触觉(jiào)机(jī)器人大部分(fèn)结(jié)构都是(shì)软(ruǎn)体材(cái)料,在需要的时候用(yòng)数字化(huà)建模的(de)方式打印出来,就可以常(cháng)年保(bǎo)持更新了。
机器人(rén)触觉的第二个难点就是产业化。触(chù)觉机器人公司SynTouch的副总裁Peter Botticelli提到(dào),触觉技术从(cóng)高校里(lǐ)出来只是第(dì)一步,更艰巨的探索是系统(tǒng)集成,也就是怎么把一个个(gè)传感器、电(diàn)机、电池(chí)和摄(shè)像头(tóu)做成一(yī)个(gè)稳定可(kě)靠的产(chǎn)品。
人形机器人这个领(lǐng)域,因为特斯拉(lā)入场,正在带领产业界的快速进化(huà)。今(jīn)天介绍的(de)机器(qì)人(rén)触觉,未来(lái)最(zuì)大的应用之一很可能就是人(rén)形(xíng)机器人。因为长得像(xiàng)人(rén)的机(jī)器(qì)人,更容易(yì)让我们觉(jiào)得有亲切感,而(ér)一个带有触觉(jiào)系统,能(néng)够跟(gēn)你握手、击掌、拥(yōng)抱的人(rén)形机(jī)器(qì)人,会让它们进一步融入到人类的生活中。
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(yǎng)老院等各种场(chǎng)景后发(fā)现,它很难(nán)完成基本的(de)看护服务工作(zuò),更(gèng)别说帮助老人穿衣服这些复(fù)杂动(dòng)作,最(zuì)后都成了养老(lǎo)院里的(de)摆设。
不(bú)过在今年4月(yuè)份,英国帝国理(lǐ)工学院机器人实验室取得了(le)一项突破,公开了机(jī)器人(rén)帮(bāng)助人体(tǐ)穿(chuān)衣服的技术成果(guǒ)。在(zài)这个(gè)实验(yàn)里,协作机器人(rén)完成(chéng)了从衣架上取下(xià)衣(yī)服,然后找到在(zài)病床上的病(bìng)人,展开衣服,抬起人体模型的手臂,最终完成穿衣的(de)一整套服务(wù)的闭环。
这(zhè)些成果令人欣喜(xǐ),可以想象,在未来,具(jù)备触觉能(néng)力的(de)机器人能够随(suí)时感知老人的身体(tǐ)状况,除(chú)了(le)穿衣服还(hái)能够喂饭(fàn)、盖被子、搀扶老人走(zǒu)路,或者完(wán)成日常(cháng)里(lǐ)的细微动作,比如剥香蕉、切(qiē)水果,在老龄化(huà)的未来社会,他们对于医疗服(fú)务领(lǐng)域(yù)的帮助(zhù)将会不可限量。
不得不说,Asimo的大战(zhàn)略(luè)方向是对的,奈(nài)何(hé)想法过于超前于时代了。好(hǎo)在(zài)我们现(xiàn)在正(zhèng)处(chù)于人工(gōng)智能快速发展的阶(jiē)段,机器人(rén)触觉技术(shù)的进步(bù)就是AI前沿的体现。未来机器人不再(zài)是冷冰冰的(de)外壳,它们(men)将(jiāng)拥有和人类比肩的智(zhì)能和体能,机器人(rén)成为(wéi)社会底(dǐ)层操作(zuò)系统的进程就会大(dà)大加快了。