機(jī)器手

     柏林時(shí)間4月19日和20日，德國(guó)調(diào)研組分別走進(jìn)了卡爾斯魯厄理工學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“KIT”）機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室和位于斯圖加特的弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)。當(dāng)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界正熱衷推行“機(jī)器代人”計(jì)劃時(shí)，調(diào)研組在這些德國(guó)頂尖的研究機(jī)構(gòu)中卻看到了另一番景象：機(jī)器人正通過(guò)肢體、視覺(jué)、觸感等方式與人進(jìn)行密切交流“對(duì)話”，高度智能的機(jī)器人甚至可以取代醫(yī)生施行手術(shù)。

    之前，取代簡(jiǎn)單勞動(dòng)是大家對(duì)機(jī)器人一種慣有印象，而醫(yī)生則是一個(gè)被視為需要接受長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練的專業(yè)職業(yè)，德國(guó)正在研發(fā)的手術(shù)機(jī)器人真的會(huì)讓醫(yī)生失業(yè)？

    能隨人一起運(yùn)動(dòng)的機(jī)器臂

    KIT是德國(guó)第一批精英大學(xué)的三所高校之一。這所擁有9000多名教師的高校也是德國(guó)一個(gè)國(guó)家級(jí)的大型研究中心，曾培育出多名諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，其中知名的物理學(xué)家赫茲便出自該校。目前，機(jī)器人研發(fā)是該校一個(gè)跨專業(yè)研究的重點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Jrg Raczkowsky博士表示，他們正在從事通過(guò)人機(jī)交互界面、擬人化的機(jī)械手等方式，讓機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)多種適應(yīng)性調(diào)整。

    在實(shí)驗(yàn)室里，有一臺(tái)重達(dá)數(shù)十斤的機(jī)器臂，調(diào)研組試著用手輕輕一推，機(jī)器臂馬上順著人手的方向靈活移動(dòng)。整個(gè)推動(dòng)過(guò)程就像“牽”著小孩的手，機(jī)器臂能即時(shí)隨著人手進(jìn)行上下左右移動(dòng)。同時(shí)，機(jī)器臂還會(huì)因力的大小有不同反應(yīng)。往左用力一推，機(jī)器臂就會(huì)隨之往左移動(dòng)一段更長(zhǎng)的距離。

    從精密的焊接到沉重貨物的搬運(yùn)，工廠中的機(jī)器人隨著技術(shù)的改進(jìn)越發(fā)智能。但人工智能發(fā)展的背后，機(jī)器傷人事件卻并沒(méi)有因?yàn)榧夹g(shù)研究和實(shí)踐的深化得以杜絕。2015年7月，德國(guó)卡塞爾市的大眾汽車廠發(fā)生一起機(jī)器人傷人事故，一名21歲的外包工人在工作中忽然受到機(jī)器人的撞擊擠壓而受傷，最終傷重不治。

    要避免機(jī)器傷害人，首先要建立起兩者的“對(duì)話”。“通過(guò)這種力學(xué)傳感，人可以很方便地控制機(jī)器人，也同時(shí)避免發(fā)生人機(jī)碰撞事件。”該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹。

    相較于普通以編程控制的機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器臂因?yàn)榧友b了力學(xué)感應(yīng)裝置被賦予“生命”。在它的“思維”中，不再只有設(shè)定好的程序路徑，而是隨時(shí)可以通過(guò)外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與人進(jìn)行“肢體接觸”，發(fā)出不同的力學(xué)反饋。

    不僅如此，部分機(jī)器人甚至都學(xué)會(huì)了“讀心術(shù)”。一臺(tái)看似普通的機(jī)器臂正按預(yù)設(shè)程序向左緩緩移動(dòng)，當(dāng)一個(gè)物體忽然出現(xiàn)在它前方幾厘米處時(shí)，沒(méi)有“眼睛”的機(jī)器臂卻仿佛看到了一樣，馬上停了下來(lái)，頓一頓，開始往回縮。

    “這是通過(guò)電磁感應(yīng)和人進(jìn)行交互的機(jī)器人。”該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹，在機(jī)器手上裝有8塊電磁傳感器，能根據(jù)不同方位的磁場(chǎng)強(qiáng)弱，準(zhǔn)確分辨出物體的位置、大小和方向。尤其在不規(guī)定物體的抓取上，相比普通機(jī)器人，它能更好地感受物體表面的曲線分布。

    同時(shí)，這種電磁的應(yīng)用還能讓操作者真實(shí)感知到機(jī)器人的感受。只要握著力學(xué)傳感器，操作者就像坐在機(jī)器人體內(nèi)，能感應(yīng)到機(jī)器碰觸物體后發(fā)生的反彈和沖擊，“尤其在像高溫等不適宜人類進(jìn)入的環(huán)境中，這種遠(yuǎn)程控制能發(fā)揮很大作用。”該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹。

    “有眼睛能定位”的機(jī)器人

    在KIT的實(shí)驗(yàn)室里，這種人機(jī)互動(dòng)的研究無(wú)處不在。除了有擬人的“手臂”外，調(diào)研組還發(fā)現(xiàn)了“長(zhǎng)著眼睛”的機(jī)器人。在視覺(jué)系統(tǒng)研究區(qū)，一只大型“蜘蛛”正通過(guò)身上的攝像頭尋找目標(biāo)。鎖定“獵物”后，“蜘蛛”迅速移動(dòng)到物體前面，伸出兩只長(zhǎng)長(zhǎng)的“手臂”，熟練地進(jìn)行焊接。焊接完成后，它撤走自己的手臂，縮回原處繼續(xù)“搜尋”下一個(gè)目標(biāo)。

    給機(jī)器人裝上“眼睛”，是為了讓機(jī)器更靈活地協(xié)助人進(jìn)行各類產(chǎn)品的生產(chǎn)。曾在南京郵電大學(xué)學(xué)習(xí)，之后赴KIT留學(xué)的華人研究人員華迎冰向調(diào)研組介紹，項(xiàng)目設(shè)計(jì)的初衷是為了解決一種LED元器件的焊接問(wèn)題，“這種器件非常小，精度要求高，只有熟手技術(shù)工人才能進(jìn)行焊接。”華迎冰說(shuō)，但由于每年只生產(chǎn)一兩萬(wàn)件，相當(dāng)于熟手工人兩三個(gè)月的工作強(qiáng)度，項(xiàng)目的研究就是為了解決這一矛盾。

    如果說(shuō)KIT對(duì)于機(jī)器人的研究仍屬于實(shí)驗(yàn)室里的技術(shù)，那么弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)旗下的工業(yè)4.0應(yīng)用中心則將各種新技術(shù)應(yīng)用到了生產(chǎn)領(lǐng)域。德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)是歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)之一，也是德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的發(fā)起單位。從2015年開始，該協(xié)會(huì)就在斯圖加特設(shè)立了工業(yè)4.0應(yīng)用中心，探討實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的路徑。柏林時(shí)間4月20日上午，南方日?qǐng)?bào)德國(guó)調(diào)研組一行來(lái)到這個(gè)中心，見(jiàn)到了已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)場(chǎng)景中的機(jī)器人技術(shù)。

    研發(fā)車間內(nèi)，研發(fā)人員Biltin拿出一個(gè)流水線上裝螺絲釘?shù)暮谏凶印５c其他盒子不同的是，這個(gè)盒子增加了一個(gè)帶有攝像頭的傳感器。“攝像頭有點(diǎn)類似于盒子的‘眼睛’，攝像頭可以看到盒子里空間情況，如果有很多黑色，說(shuō)明盒子快空了。”Biltin說(shuō)，此時(shí)，它就會(huì)發(fā)出信號(hào)，提示需要進(jìn)行物料補(bǔ)充。當(dāng)供應(yīng)商收到這個(gè)信號(hào)后，就知道自己趕緊要去送貨了，要不然明天就沒(méi)有了，或者下一班就沒(méi)有了。

    換作以前，傳統(tǒng)工廠往往需要雇傭工人來(lái)“照看”各種生產(chǎn)物料的庫(kù)存情況，及時(shí)補(bǔ)貨，以維持正常的生產(chǎn)秩序。這種模式的信息鏈條往往較長(zhǎng)，需要多個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)完成。如今只需一個(gè)信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)。

    機(jī)器人將“站”上手術(shù)臺(tái)？

    從力學(xué)感知到視覺(jué)觀察再到磁場(chǎng)感應(yīng)，在KIT的實(shí)驗(yàn)室，機(jī)器與人開始建立起多種方式的“交流”。但如果你以為這些機(jī)器人只能用于工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景中，那就錯(cuò)了。KIT還搭建了一個(gè)“手術(shù)室”，在這里，由三個(gè)感知系統(tǒng)共同組合的機(jī)器臂或許會(huì)讓醫(yī)生這一職業(yè)面臨失業(yè)的危險(xiǎn)。

    從KIT的實(shí)驗(yàn)室出來(lái)，調(diào)研組跟著實(shí)驗(yàn)人員走進(jìn)地下一樓的KIT“手術(shù)室”。空間不算寬敞，有著手術(shù)室常見(jiàn)的綠色幕布，一個(gè)正待做手術(shù)的假人躺在手術(shù)臺(tái)上，但圍繞它的并不是醫(yī)生，而是一臺(tái)臺(tái)輕型的庫(kù)卡機(jī)器臂。它們正上下左右靈活地移動(dòng)著，協(xié)助主刀醫(yī)生共同完成一臺(tái)手術(shù)。

    華迎冰介紹，每個(gè)機(jī)器臂的“關(guān)節(jié)”中都布滿了力學(xué)傳感器，可以輕巧地隨著人的動(dòng)作進(jìn)行精密的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)每個(gè)力學(xué)傳感上還配備了7個(gè)軸向，其中6個(gè)軸向在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)行3D數(shù)據(jù)的采集，而第7個(gè)軸則讓機(jī)器臂能進(jìn)行更靈活的動(dòng)作，“例如左邊行不通就會(huì)馬上改道右邊。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人說(shuō)。

    機(jī)器人的“眼睛”則放在了“手術(shù)室”的頂上。密密麻麻的攝像頭正進(jìn)行各種圖像的視覺(jué)處理，不同的數(shù)據(jù)在手術(shù)室的屏幕外來(lái)回滾動(dòng)，再及時(shí)傳導(dǎo)至機(jī)器臂中指揮它的下一步行動(dòng)。

    除了力學(xué)和視覺(jué)外，電磁感應(yīng)也在“手術(shù)”中得到應(yīng)用。介紹中，另一名負(fù)責(zé)人舉起了一個(gè)布滿“觸角”的球狀棒體，這一個(gè)能替代手術(shù)刀的機(jī)器人，可以更方便進(jìn)入病人體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)。

    該負(fù)責(zé)人介紹，坐在手術(shù)室外的操作者，既不需要直接接觸病人，也不需要直接操控機(jī)器人。只要握著一個(gè)力學(xué)反饋傳感器，通過(guò)電流的傳感，操作者就能清晰地“觸摸”到病人皮膚的張力、血液的流動(dòng)等，對(duì)手術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程“搖控”。