未来机器人没有终结者那样的外表

副标题:机器人还不能和人类并肩工作,但软体机器人也许可以

 

安迪·马切斯拥有很多鱼缸,但却没有鱼食——他的鱼更爱电池和压缩空气。最近的一个星期一,马切斯对他那条水绿色的硅胶鱼-泡泡进行了一次无水演示,泡泡身体两侧的腔体交替充气,尾巴随之来回摆动,活像一条真的鲤鱼。它是第一条绝大部分零件为软质材料的自主独立型机器人。

机器人专家偏爱刚性结构,因为算法可以从成熟的工业机器人移植。但是软体机器人的出现解决了现有机器人的两大问题。它们不需要像依赖弹簧和关节的硬体机器人那样精确的计算动作,使得它们可以在家庭、灾难现场和医院之类无序环境中更好地通行。它们天生“无拘无束”,意味着可以和人类并肩工作。就算软体机器人翻倒或是失灵,也不会比被枕头打一下更危险。它们也不容易弄伤自己。

泡泡的演示给我们难得的机会,可以管窥精英云集的麻省理工计算机科学及人工智能实验室(CSAIL),该实验室的毕业生发明了万维网和公钥加密。CSAIL研究各种类型的机器人,但是受到诸如3D打印等一系列关键技术旳启发,来自生物学、材料科学、机器人科学等其它学科的科学家们开始对机器人重新演绎,它们不像C-3PO(《星球大战》中的一个机器人,译者注) ,更像八爪鱼。

去年,软体机器人领域骤然间关注度大增。不久之后哈佛大学涌现了多个小组,他们研究软体的机器手、弹跳腿、机器护甲和可以跳林波舞(一种西印度群岛的舞蹈,舞者须向后仰并穿过一支水平杆,每次都要比前一次仰得更低,译者注)的四足机器人。伍斯特理工学院软体机器人实验室的研究人员正在制造一条机器蛇。旧金山一家名为Otherlab的科技创业公司建造的充气式机器人可以握手、行走并搭载人员。意大利的一个研究小组模仿章鱼造出了一个机器触手。

上世纪70年代之前,汽车制造商把车造得更大更重以求安全。之后,气囊出现了,这个轻质的安全设备平时折叠隐藏在车体内,感应到碰撞时才弹出。类似的革新也发生在防弹衣、桥梁以及隐形眼镜上,而研究人员认为机器人也在出现相似的改变。

“这不是传统机器人技术的一部分,”福米亚·利达这样表示,他是瑞士苏黎世联邦技术学院仿生机器人学教授。“它们必须要以完全不同的思维来对待,用不同的材料制造,用不同的能源驱动。这是我们未来的必然之路。”当前,世界上给人印象最深的硬体机器人之一是波士顿动力公司300磅重的人形机器人阿特拉斯(Atlas)。它要是想抓起一只球,它需要感知周围,计算手指与球之间的精确距离,还要算出手要放的确切位置以及要施加多大的力道。

上图:传统硬体机器手设计               下图:软性弹力体机器手设计


阿特拉斯这类机器人“思考得太多了,”塔夫茨大学的教授巴里·特里莫博士说到,他也是上月刚创刊的《软体机器人》杂志的编辑。“它们太犹豫了。‘接下来我的脚该放哪里?’动物就不会这么纠结。我们需要摒弃那种必须控制每个变量的思想。”

相比之下,哈佛大学的海星外形软体机器爪就只需要给它一个充气的命令。当它充满了气,它的形状也就和物体外形一样,“手指”也有了足够的抓力来提起物体。还可以以人类拿起水杯为例。我们的头脑并不需要计算玻璃杯的精确尺寸和形状;我们的手会自动适应要拿的物体。同样,泡泡并不计算动作的幅度。“任何时候它都不知道它的尾巴在哪里,”马切斯说。

Otherlab最近衍生出了一家名为Pneubotics专注软体机器人的创业公司,创始人索尔·格里菲斯表示,跟投入硬体机器人的人力财力相比,软体机器人得到的只是九牛一毛。

他在电子邮件中说到:”我们进入软体机器人领域格外早,这个圈子炒作多于实质…关于独特的功能和性能,可能只有3到4个让人感兴趣的演示。这些东西体现出的灵活性、可能的低成本以及对人类尺度任务的良好适应性让软体机器人非常引人瞩目。“

这一领域也有技术方面的挑战。除了空压与液压致动器,软体机器人还在试验使用根据电压伸缩的弹性材料,即电场活化聚合物还有可以设定在特定温度下变形的记忆合金以及光控弹簧。这些方法都还处于初级阶段,机器人的控制系统也是如此(哈佛大学很多软体机器人的控制系统就是一个接着软管充满空气的注射器)。

 然而,这是一个崭新的领域,任何可能性都不能排除。理论上讲,软体机器人技术可以用来为人类插上可穿戴式翅膀。更为实际的是,软体机器人可以轻松地包装鸡蛋或是挑拣水果——装备了非凡手爪的传统机器人动辄打破鸡蛋或是搞成苹果泥。大量充满水的”网眼蠕虫“机器人可以投送到灾难现场,它们可以不断蠕动爬到幸存者身边。人们穿上软体机器衣袖后可以消除颤动或是弥补年老后衰减的力量。它们还可用在太空探索,那里重量是非常重要的考量;在修复术中,它们为人们带来舒适与自然的感受。在家中,它们到处都可以帮上忙却不会踩到狗;它们还可用于手术,现在的手术机器人因为刺穿病人的内脏已经激起了数起诉讼。

特里莫甚至想象有一天软体机器人将用实验室生成的、由脂肪驱动的肌肉组织构建。他认为机器人学的思维方式刚开始转变。他说,”如果转变成功了,软体机器人学就不会作为一个领域存在。机器人学将会整合所有这些技术与方法。软体机器人将会成为多数派。“

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