(资料图)

想一想，当你晚上在家按电视遥控器的时候，或者在餐厅使用各种餐具和玻璃器皿的时候，你的手都做了些什么？没错，无论是选电视节目或拿放餐具，这些技能都是基于触摸，虽然你可能没有注意过。对于那些从事机器人开发的研究人员来说，想让机器人接替更多人类工作，除了要给它们开发聪明的机器“大脑”，更需要赋予它们一双像人类一样灵巧的双手，但比起大脑，灵巧的双手显然开发难度更高。毕竟人手有27个自由度和令人难以置信的触摸灵敏度，这使得我们能够在操纵物体的同时准确地知道要用多大的压力来抓住它们。目前，依靠抓手和吸盘，机器人已经能够做到拾取和放置物品，但更灵巧的任务，如组装、插入、调整方向、包装之类，机器人就很难做到了，这些更精细的工作仍然属于人类操作员的范畴。为了让机器人掌握像人类一样的“触觉”，有些开发人员为它们配备了摄像头，这样机器人的大脑就可以分析物体的照片影像，并告诉手如何抓住它。但这种依靠视觉系统建立的触觉有许多不足，首先机器人的摄像头需要足够的光线，才能识别物体，但即便是光线充足有时也不好用，毕竟有些物体的外表可能具有欺骗性——例如，一个看起来很坚硬的物体可能是柔韧的。而最近，来自哥伦比亚工程公司的研究人员则展示了一种机器手。和人类一样，该机器手也有五根手指，并且这些手指将先进的触觉与运动学习算法结合在了一起，达到了一种非常接近于人手的高灵巧性。为了展示这只手到底有多么灵巧，它的开发团队为其打造了一项困难的操作任务——即是将一个形状不均匀的物体握在手中，并进行任意速度的旋转，同时还要始终让手中物体处于稳定、安全的握持状态。这项挑战如果对于常盘核桃或玩健身球的人来说，可能就是小菜一碟，但对于大部分的机器手这却是难以企及的任务，因为这些看似简单的动作需要手指具备足够高的灵活性与协调性。其中一部分手指需要不断地调整位置来让物体旋转，而其他手指则需要保持物体不会掉落。然而哥伦比亚工程公司开发的这只手不仅顺利完成了这项挑战，而且其还是在没有任何视觉反馈的情况下，完全依靠触摸感应完成的。视频中我们可以看到除了极其灵巧外，这只手是在没有任何外部摄像头的情况下工作的，所以它对照明、遮挡或类似的问题免疫。事实上，这只手并不依赖传统的视觉系统分析和操纵物体，这意味着它可以在非常不好的照明条件下工作，甚至是在完全黑暗中操作。机械工程和计算机科学系副教授MateiCiocarlie表示：“虽然我们的演示是一个概念验证任务，旨在说明机器手的能力，但我们相信这种灵巧程度将为现实世界中的机器人操作开辟全新的应用。比如在物流和材料处理方面，以及在工厂的先进制造和装配方面，高度灵巧的机器手都能发挥非常大的用途。”那么不依靠视觉，机器手又是怎样通过触摸完成复杂而灵巧的操作呢？这要多亏了Ciocarlie的小组与电子工程教授IoannisKymissis在2020年的合作中开发出了一种基于光学原理的机器手指触觉系统。这是第一款实现接触定位的机器手指，其精度达到了亚毫米级，同时还可以完全覆盖复杂的多曲面。此外，由于手指造型非常紧凑且布线较少，使它能够非常容易集成到完整的机器人手上。在他们的最新研究中，开发人员就利用这种搭载先进触摸感应技术的手指制作了一个具有五个手指和15个独立驱动关节的机器手。为了测试这种有触觉的机器手执行复杂操作任务的能力，研究团队还运用了新的运动学习算法。运动学习算法的输入完全由团队的触觉和本体感觉数据组成，没有任何视觉数据。算法使用手的计算机模型来练习旋转物体，通过试错来学习（一种称为“强化学习”的技术），并且仅用了几小时就实时完成了大约一年的练习。经过训练后，算法就可以完全控制机器手，并且达到了团队所希望的灵巧程度。Ciocarlie指出，“该领域的方向目标仍然是家庭服务机器人，这是真正灵巧性表现的最终试验场。在这项研究中，我们已经证明，仅凭触摸感应，机器人的手也可以非常灵巧。一旦将视觉反馈与触觉结合起来，我们希望能够实现更高的灵巧性，并在某一天能让机器手真正复制人手的灵活。”也许当机器人真正拥有了与人类一样的灵活双手后，科幻电影中的机器人管家、机器人保姆、甚至机器人士兵离现实也就不远了。【iDailycar】