文/曉雷

2014年機器人“蛻 變”技術(shù)盤點

文/曉雷

隨著科技的不斷發(fā)展，曾經(jīng)遙不可及的機器人已不再是鏡花水月。當年變形金剛風靡一時的盛況還在記憶中依稀未遠，而今超仿真機器人及各種擬人化機器人已競相出現(xiàn)，似乎預(yù)示著影視作品中人與機器人相融的社會已指日可待。機器人作為人類的重要“伙伴”，正在快速成長，逐漸步入現(xiàn)實的生活和工作中。

2014年10月底到11月初，在日本東京設(shè)計周上，在一個名為“超級機器人展”的活動單元中，設(shè)計師向參觀者展示了很多有趣的機器人：會彈吉它的機器人、會歌唱的機器人、會踢足球的機器人等。

其中來自大阪大學的超仿真機器人安蘇娜（Asuna）制作精美，聲音動聽，擁有著優(yōu)質(zhì)硅材料制造的類似真人的細膩皮膚。同時，得益于電子動物肌肉的運用，其靈活的雙眼和豐富的面部表情讓人流連忘返，吸引了很多參觀者紛紛邀請其合拍留影。甚至有觀眾稱，安蘇娜將是一個“廉價的約會對象”。此后，安蘇娜還將在一個劇院模擬歌手表演。日本A-Lab公司首席執(zhí)行官三田剛史說：“我們會將安蘇娜打造成國際流行偶像?！彼J為，與人類無法區(qū)分開的、完全獨立的超仿真機器人有望10年內(nèi)出現(xiàn)。

縱觀2014年機器人技術(shù)的發(fā)展歷程，一個個新技術(shù)的研發(fā)如同一顆顆珍珠，串起了機器人技術(shù)發(fā)展的璀璨珠鏈，在各個國家的不懈努力下，從頭腦、感知、行動、生命特性到社會活動等諸多領(lǐng)域，機器人正進行著從機器到“人”的快速蛻變。許多決定著其未來發(fā)展方向的關(guān)鍵性技術(shù)取得突破、無數(shù)科研成果熠熠生輝。

智能：虛擬大腦，小試牛刀

機器人與機器的不同在于一個“人”字，所以機器人的發(fā)展應(yīng)首重智慧。自然就離不開人工智能。

在人工智能發(fā)展早期，學術(shù)界和工業(yè)界對其前景持有一種過分樂觀的態(tài)度——這種樂觀與其說是對技術(shù)的期望過高，倒不如說是當時人們對機器能力的估計實在是過低，以致于當計算機表現(xiàn)出一點點聰明，人們就為之驚嘆，而這種驚嘆又很容易演化成一種過分的自信。1957年，人工智能（artificial intelligence，AI）的先驅(qū)、通用問題求解機的發(fā)明者之一赫伯特·西蒙曾說過：“我不是故意讓你震驚，但概括來說，現(xiàn)在世界上就已經(jīng)有了可以思考，可以學習和創(chuàng)造的機器，而且它們的能力還將與日俱增，一直到人類大腦所能夠應(yīng)用到的所有領(lǐng)域?！蔽髅僧敃r曾樂觀預(yù)言，計算機會在10年內(nèi)成為國際象棋冠軍。

然而現(xiàn)實顯然比他的預(yù)測晚了很多年。在度過了最初的輝煌后，因技術(shù)所限，人工智能的研究陷入了長久的沉寂。之后，借助各種新技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，人工智能卷土重來。

相信很多人還記得1997年的5月，由計算機“深藍”首次戰(zhàn)勝國際象棋冠軍加里-卡斯帕羅夫所引發(fā)的對于人工智能的熱議，5月11日那一天 ，是人與計算機挑戰(zhàn)史上的重要一天。計算機“深藍”在正常時限的比賽中首次擊敗了當時等級分排名世界第一的加里-卡斯帕羅夫，在前五局打平的情況下，卡斯帕羅夫在第六盤決勝局中僅走了19步就向“深藍”拱手稱臣。整場比賽進行了不到一個小時?！吧钏{”贏得了那場具有特殊意義的對抗，堪稱人工智能發(fā)展史上具有里程碑意義的一幕。

此后，2011年2月，在沉寂了10余年后，由IBM和美國德克薩斯大學聯(lián)合研制的超級電腦“沃森”在美國最受歡迎的智力競猜電視節(jié)目《危險邊緣》中以大比分擊敗該節(jié)目歷史上兩位最成功的選手肯-詹寧斯和布拉德-魯特，成為該節(jié)目新的王者，引發(fā)人們的關(guān)注。

而在今年夏天，人們再次有幸見證了人工智能領(lǐng)域樹起的一塊新的里程碑。與傳統(tǒng)的人工智能技術(shù)不同，Google X終極實驗室的虛擬大腦系統(tǒng)無需預(yù)先向機器輸入某一概念，該系統(tǒng)就能自動從輸入的大片數(shù)據(jù)中“領(lǐng)悟”這一概念，類似人腦的學習過程，意味著人工智能領(lǐng)域?qū)θ斯じ深A(yù)需求的進一步降低。在今年 6月份，Google X 虛擬大腦小試牛刀——在沒有預(yù)先輸入“貓”的概念的情況下，Google X利用這個由16000多個處理器、10億個內(nèi)部節(jié)點組成的虛擬大腦，依托其強大的數(shù)據(jù)處理功能，分析了1000萬幀從Youtube上隨機抓取的無標簽視頻剪輯圖片，利用了10天時間，終于“領(lǐng)悟”了什么是貓，并從接下來輸入的2萬張圖片中準確找出了有貓的照片。

Google X的虛擬大腦模擬人腦中一簇簇相互連接、相互溝通、相互影響的“神經(jīng)元”，形成一個“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。當此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接收了大量的數(shù)據(jù)之后，神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的關(guān)系將會發(fā)生變化，這種關(guān)系的變化使得該系統(tǒng)形成了一大批的“概念”，從而讓系統(tǒng)具備了學習能力，能夠在新的輸入中找出與學到的概念對應(yīng)的部分，達到識別的效果。

目前，Google 正在將該虛擬大腦用于提升語音識別的準確率。并宣稱，就單字錯誤檢出率而言，該系統(tǒng)已讓Google的語音識別準確率提升了20%～25%。針對該虛擬大腦技術(shù)，加拿大蒙特利爾大學的一位研究機器學習的教授曾表示，人類離人工智能的終極目標又進了一步。

對于人工智能的發(fā)展，英國牛津大學未來人類研究所安德斯-桑德伯格博士則心存憂慮，認為必須謹慎看待智能機器人，未來先進的人工智能大腦將會模糊人類與機器人的差別。

然而在涉及到人類自主意識領(lǐng)域時，也有一些有識之士對人工智能提出了質(zhì)疑，認為人工智能根本無法發(fā)展出真正的意識。當前的人工智能發(fā)展，更多的是針對某個問題，發(fā)展對應(yīng)的算法和技術(shù)，例如圖像領(lǐng)域的技術(shù)無法直接應(yīng)用到語言領(lǐng)域。相對而言，人腦具有更強的適用性。

種種議論，不絕于耳。到底僅僅是高級輔助工具，還是能夠成為《駭客帝國》中影響甚至威脅人類生存的高智商種族？人們對人工智能最多的討論，其實更像是對人類自身的探討。人工智能的存在，在一定程度上而言，或許終將會成為映照人類心靈的一面鏡子，雖然現(xiàn)在的虛擬大腦必須依托于數(shù)量、體積龐大的硬件系統(tǒng)來實現(xiàn)，智力水平仍然很低，但見微知著，一葉知秋，對于未來人工智能的發(fā)展高度和因人類自身意志轉(zhuǎn)移而可能出現(xiàn)的百花齊放的盛景，不妨拭目以待。

觸覺：超敏觸控，百倍于人

現(xiàn)代機器人的觸覺敏感度可以強得超乎想像。

美國麻省理工學院視覺科學學科聯(lián)合波士頓東北大學研究團隊近日成功研制了一種機器人手指觸覺傳感器GelSight 。

該傳感器突破了此前機器人手部關(guān)節(jié)不靈敏等限制，甚至比人類手指更加靈活敏感，因此受到了各界矚目。該傳感器不是以機器來辨識觸覺，而是以3D視覺實時定位物體的方位，以實現(xiàn)對物體的識別和傳感。

這種技術(shù)比人類的手部觸覺靈敏約100倍。GelSight內(nèi)置有紅色、黃色、白色、藍色等照明設(shè)備，GelSight可根據(jù)指示的信號迅速做出反應(yīng)。裝置了 GelSight 傳感器的機器人可輕松拔出裝置在電腦上的USB。

據(jù)悉， GelSight 最大的特征在于能夠迅速辨識物體的視覺信號，并馬上將其轉(zhuǎn)化為觸覺信號。

視覺：WiFi“透視”，慧眼識人

2014年8月，來自加利福尼亞大學的研究人員研發(fā)出了一種特殊的機器人，他不需要使用任何的傳感器，只需要使用WiFi網(wǎng)絡(luò)就可以看穿墻壁，得到透視眼的能力。

為了達到這個目的，需要兩個機器人共同協(xié)作，其中一個來向外發(fā)出無線信號，在另一端的機器人則會對這些信號進行測試。

當機器人環(huán)繞正方形混凝土建筑物時，彼此離開視線范圍之內(nèi)，它們能夠計算出建筑物內(nèi)部的事物，甚至可以識別出人類。

其工作原理是當途經(jīng)墻壁和其它物體時，測量信號強度的衰減程度。通過測量無線信號的衰減情況，機器人可以繪制一張視覺地圖，呈現(xiàn)觀測大約100秒的透視景象，如同賦予機器人“透視眼”功能。研究人員指出，這項研究結(jié)果非常令人滿意，誤差不超過5厘米。

當然，這并不是第一個擁有透視眼的機器人，也不會是最后一個，此前的紅外熱成像、太赫茲探測、數(shù)字化定位導航等技術(shù)都曾在相關(guān)領(lǐng)域被冠以“透視眼”之名，與那些相比，借助WiFi或許會是一個前景廣闊的新的創(chuàng)舉。

行體：軟體機器人更靈活

機器人不全是變形金剛一樣的鋼筋鐵骨，最近，來自美國普渡大學的研究人員就發(fā)明了一種由輕質(zhì)惰性泡沫材料制成的軟體機器人，為了讓它像機器手臂一樣可以自由彎曲，研究人員還在在泡沫材料的表面覆蓋了一層特殊的“衣服”，而這層聚合物纖維在受熱的情況下可以自由改變形狀和堅硬度，作用就如同附著在骨骼上的肌肉一般。

該項目的負責人稱，這種能夠變形收縮的機械纖維將被廣泛用于機器人領(lǐng)域，并計劃以此為基礎(chǔ)研制新型飛行機器人。另外，由于成本低重量輕，機械纖維機器人十分適合用于太空探索，美國航空航天局已經(jīng)開始著手研究這類軟體機器人。

行動：生物機器人會行走

相信人們還記得，那曾經(jīng)讓無數(shù)青年人如醉如癡的霹靂舞，還記得舞蹈中模仿木偶機器人的僵硬的經(jīng)典動作。而在2014年夏天，美國伊利諾斯大學厄本那香檳分校的工程師們研制成功的“行走型”“生物機器人”卻告訴人們，以后機器人的動作不一定是僵硬的，新一代微型生物機器人終于和人類一樣擁有肌肉了。

這款微型生物機器人體長不到1厘米，由可伸縮3D打印的水凝膠與身體肌肉細胞組成。其設(shè)計靈感來自于肌肉-腱-骨的復雜結(jié)構(gòu)。在3D打印的水凝膠中加入了支架，使其強度足以支撐整個生物機械體，但同時又足夠柔韌靈活，可以實現(xiàn)關(guān)節(jié)的彎曲。由實驗室培育的肌肉細胞構(gòu)成的肌肉條提供動力，每一條肌肉都使用兩根支柱固定在支架上，就像肌腱骨連接身體的肌肉一樣，但這兩根支柱同時還要充當機器人腳的作用。行走速度可以通過調(diào)節(jié)電刺激的頻率來實現(xiàn)控制。研究人員表示這項研究成果將孕育出新一代柔軟可彎曲生物機器人。

下一步，研究人員們將繼續(xù)開展工作，實現(xiàn)對生物機器人運動狀態(tài)的更大程度操控，如為其植入神經(jīng)系統(tǒng)，這樣生物機器人便能運用光或化學信號實現(xiàn)各種控制。從工程的角度出發(fā)，設(shè)計者希望能夠讓生物機器人根據(jù)不同的信號做出不同的響應(yīng)。

繁衍：機器人可按需打印

據(jù)報道，未來機器人能夠打印新的身體部件，并完美地適應(yīng)所處環(huán)境。日前，挪威奧斯陸大學最新研制了1種3D打印自復制機器人。

許多危險環(huán)境非常極端，是人類無法適應(yīng)和解決的，這個時候自動控制機器人將派上大用場。想像一下這種機器人進入核電站失事地點，它可以開辟一條新的通路。機器人處理復雜地形環(huán)境或發(fā)生肢體損壞時，會拍照進行分析，他的一條手臂上配備著3D打印機，能夠應(yīng)對不同環(huán)境打印出新的部件，或者復制出損壞肢體。

“無論在外太空還是地球上，隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，處理的任務(wù)難度越來越大，面對各類棘手的情況，機器人要變得獨立自主，能自我學習，這也是我們努力的方向?！迸餐W斯陸大學的研究人員正在開發(fā)一種新系統(tǒng)，該系統(tǒng)能打印出“定制機器人”，來處理各類任務(wù)。目前，他們也開發(fā)了一個原型產(chǎn)品Henriette 。

自修復、自適應(yīng)以及繁衍，這些本是自然賦予生命的特性。很多傷痛，可以因新陳代謝而康復；環(huán)境不同，總會想辦法去適應(yīng)；百年終老，卻不能阻止新生的繁衍。人類如此，那么，機器人又將如何？短期內(nèi)，或許只有迅速發(fā)展的3D打印技術(shù)，才能為其添加這些生命所特有的天賦。

神奇：液態(tài)金屬“終結(jié)者”有望成真

迄今，機器人大多仍是作為一種剛體機器發(fā)揮作用，這與現(xiàn)實中人類平滑柔軟的外表完全不同。柔性材料控制的發(fā)展雖然取得了很大的進步，但距離理想中的結(jié)果仍有很大距離?；仡櫋督K結(jié)者》中神奇的液態(tài)金屬機器人，那可以改變外表形狀，呈現(xiàn)各種造型，未來色彩極為濃厚的種種不可思議，雖純屬科學幻想，卻使人類對機器人的構(gòu)想有了重大改變。

繼去年2月，澳大利亞發(fā)現(xiàn)可被分割重組的新型金屬液滴，并將其命名為神奇液態(tài)金屬后，由我國劉靜研究員帶領(lǐng)的中國科學院理化技術(shù)研究所與清華大學聯(lián)合研究小組，于今年首次發(fā)現(xiàn)電場控制下液態(tài)金屬與水的復合體可在各種形態(tài)及運動模式之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的基本現(xiàn)象，并發(fā)表題為Diverse Transformations of Liquid Metals Between Different Morphologies的論文。

論文通過系統(tǒng)的實驗，揭示出室溫液態(tài)金屬具有可在不同形態(tài)和運動模式之間轉(zhuǎn)換的普適變形能力。比如，浸沒于水中的液態(tài)金屬對象可在低電壓作用下呈現(xiàn)出大尺度變形、自旋、定向運動，乃至發(fā)生液球之間的自動融合、斷裂-再合并等行為，且不受液態(tài)金屬對象大小的限制；較為獨特的是，一塊很大的金屬液膜可在數(shù)秒內(nèi)即收縮為單顆金屬液球，變形過程十分快速，而表面積改變幅度可高達上千倍；此外，在外電場作用下，大量彼此分離的金屬液球可發(fā)生相互粘連及合并，直至融合成單一的液態(tài)金屬球；依據(jù)于電場控制，液態(tài)金屬極易實現(xiàn)高速的自旋運動，并在周圍水體中誘發(fā)出同樣處于快速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的漩渦對；若適當調(diào)整電極和流道，還可將液態(tài)金屬的運動方式轉(zhuǎn)為單一的快速定向移動。研究表明，造成這些變形與運動的機制之一在于液態(tài)金屬與水體交界面上的雙電層效應(yīng)。

上述發(fā)現(xiàn)使可變形材料特別是液體機器的設(shè)計和制造邁出了關(guān)鍵性的一步，從理論和技術(shù)層面支持了實現(xiàn)液態(tài)金屬機器人的可能性。

至今年9月，美國北卡羅來納州研發(fā)出一種可進行自我修復的變形液態(tài)金屬，距離打造“終結(jié)者”變形機器人的目標更進一步。

科學家們使用鎵和銦合金合成液態(tài)金屬，形成一種固溶合金，在室溫下就可以成為液態(tài)，在不受外力情況下，當這種合金被放在平整桌面上時會形成一個近乎完美的球體。當通過少量電流刺激后，球體表面張力會降低，金屬會在桌面上伸展。如果電荷從負轉(zhuǎn)正，液態(tài)金屬就會重新成為球狀。更改電壓大小還可以調(diào)整金屬表面張力和金屬塊粘度，從而改變結(jié)構(gòu)。

北卡羅來納州立大學副教授邁克爾·迪基說：“只需要不到一伏特的電壓就可改變金屬表面張力，這種改變是相當了不起的。我們可以利用這種技術(shù)控制液態(tài)金屬的活動，從而改變天線形狀、連接或斷開電路等?！?/p>

研究人員宣稱，該突破有助于建造更好的電路、自我修復式結(jié)構(gòu)，甚至有一天可用來制造《終結(jié)者》中的T-1000機器人。

溝通：機器人與人類可交流

2014年10月初，日本電子高新科技博覽會上，東芝發(fā)布了一款全新人形交互機器人，而其最大特色就是可以通過手語與人交流。

該名為AikoChihira的女性角色機器人關(guān)節(jié)中內(nèi)置43個電動機，其肢體運動相當自然流暢，這也讓手語表達成為了可能。AikoChihira計劃的最終目標是為老人以及老年癡呆癥患者提供服務(wù)，在陪伴他們的同時還能幫助醫(yī)護人員或者其親人進行實時監(jiān)護。

除了東芝以外，很多科研機構(gòu)也參與了AikoChihira 計劃。來自東南大學機器人傳感控制實驗室的吳涓教授透露說，該實驗室的研究團隊已完成了情感交互機器人的初步設(shè)計。

該機器人通過提取人的嘴部、眼睛的幾十個甚至數(shù)百個關(guān)鍵點的數(shù)據(jù)信號，從而能夠非常準確地讀懂人的高興、憤怒、憂傷等種種表情，并將它們模擬出來。通過感覺、觸覺的設(shè)計，該機器人也能夠分辨對它進行的是撫摸還是按壓、打擊等動作，如果對它撫摸，它會開心地笑，如果對它打壓，它則會表現(xiàn)出很憂傷，是個有感情的活生生的機器人。

吳涓分析說，由于目前對于人的情感的科學基礎(chǔ)研究還不夠，因此目前研究出來的情感交互機器人其實和真人的情感交互還有很大的距離，它只是能夠識別一些簡單的表情，對于動作的識別也局限于一些固定的動作，但是未來隨著人機交互技術(shù)的進一步發(fā)展，人類和機器人的“情感”交流將會越來越順暢。

組隊：機器人群體的分工協(xié)作

隨著機器人的發(fā)展，大量機器人開始走向工作崗位，如何更好的分工協(xié)作也被提上日程。2014年4月，SRI International實驗室宣布了其蟻群機器人項目的最新研究成果。

該項目利用了螞蟻仿生學的概念，可允許多個機器人分工協(xié)作完成一項任務(wù)，最多能控制超過1000只“螞蟻”，最小的“螞蟻”比一枚硬幣要小一些。

蟻群機器人擅長的是一些精細工作，比如處理微型電路元件、搬運水滴、促成小規(guī)模化學反應(yīng)的發(fā)生。而這些能力使得它可被應(yīng)用到 DNA 分析、疾病診斷、細胞分析等場景。而且這種方式相比傳統(tǒng)手段更加簡單、快速、廉價。

無獨有偶，時隔數(shù)月，哈佛大學的工程師們同樣使用1000只組裝簡易的小型機器人打造了一個機器人版的蜂群，目標直指大部隊協(xié)同工作，力求可以自行完成復雜任務(wù)。

相對于機器人蟻群，以及機器人蜂群的群體實驗展示，一個被稱為Minibuilders的全新3D打印建筑機器人套件在今年夏天的問世，初步向人們展示了分工協(xié)作這一理念的實際應(yīng)用。

這套系統(tǒng)的核心是1個龐大的主部件，有兩個裝有液化合成大理石的大型圓筒，大理石經(jīng)獨特的配方制成。氣胎注射筒會通過長長的管子推動材料，那些管子將被安置在一個建筑工地上，與3個敏捷的專業(yè)附屬機器人（地基機器人、抓握機器人、真空機器人）協(xié)同工作。

可以肯定的是，在未來建筑機器人領(lǐng)域中，Minibuilders必將扮演一個非常重要的角色。而此后的機器人或許也將作為1個群體，開始嘗試新的群體生活。不僅僅是工作，或許在不久的將來，或許有一天，那種電影《機器人總動員》中，清掃型機器人瓦力與女機器人伊芙的甜美愛情故事，真的會在現(xiàn)實中上演。