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在漫威娛樂(lè )出品的第一部鋼鐵俠電影中，主角托尼·斯塔克(Tony Stark)開(kāi)發(fā)了一個(gè)大型機械助手，命名為Dum-E。作為目前工業(yè)級制造機器人的縮小版和更加安全的版本，Dum-E具備足夠的語(yǔ)音和手勢識別能力，此外還可以進(jìn)行運動(dòng)控制，幫助托尼完成很多的工作。 Dum-E不僅展示了協(xié)作機器人(cobot)的巨大潛力，而且還展示其關(guān)鍵的功能。例如這臺協(xié)作機器人可以與托尼一起工作，在維修設備的過(guò)程中幫助托尼拿著(zhù)鋼鐵戰甲的機械靴子。然后托尼會(huì )對著(zhù)它大喊大叫，讓它停止到處噴灑阻燃劑；它不情愿的放下手臂，發(fā)出一聲嘆息，以此來(lái)表示它理解。協(xié)作機器人保證人類(lèi)的安全——保護托尼免受火災——體現了對阿西莫夫機器人第一定律的堅持：機器人不能夠傷害人類(lèi)或因為自己的不作為而讓人類(lèi)受到傷害。 開(kāi)發(fā)協(xié)作機器人需要創(chuàng )建很多復雜的系統來(lái)感知、交流，并且能夠與人類(lèi)一起安全的四處活動(dòng)。 復雜感知系統的要求 為了幫助人類(lèi)，協(xié)作機器人使用了一系列技術(shù)來(lái)模擬人類(lèi)的基本感官和環(huán)境，然而五官感覺(jué)必須與內在感受（感知內部狀態(tài)）和本體感受（對本體位置的感知）結合起來(lái)，這樣才能夠實(shí)現類(lèi)似人類(lèi)的整個(gè)活動(dòng)過(guò)程。此外協(xié)作機器人還必須能夠進(jìn)行通信和移動(dòng)，這就需要另一套系統來(lái)與人類(lèi)進(jìn)行交談、理解和進(jìn)行互相幫助。 感知周?chē)h(huán)境：外部感知 所有的協(xié)作機器人都使用了一些模仿人類(lèi)基本感官的技術(shù)組合：視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)和觸覺(jué)（圖1），這五種感覺(jué)屬于外部感知的范疇，即對外界刺激的敏感度。 
圖1：這個(gè)圖描述了五種感覺(jué)：視覺(jué)（眼）、聽(tīng)覺(jué)（耳朵）、嗅覺(jué)（鼻子）、味覺(jué)（舌頭）和觸覺(jué)（手） 為了能夠幫助人類(lèi)，協(xié)作機器人必須擁有一系列環(huán)境感知傳感器來(lái)執行任務(wù)，從而避免不必要的麻煩。協(xié)作機器人常見(jiàn)的外部感受傳感器包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、溫度、加速度和距離等。 感知它們的內部狀態(tài)：內在感受 為了能夠自我維護，機器人必須能夠獲取它們內部的狀態(tài)。這與人類(lèi)的相互感覺(jué)相對應，即感知身體內在狀態(tài)的能力，比如消化、呼吸和疲勞等。舉個(gè)例子，一個(gè)協(xié)作機器人必須知道它的電池什么時(shí)候需要充電，然后要主動(dòng)去尋找充電器。另一個(gè)例子是協(xié)作機器人要能夠感知過(guò)高的溫度，當它內部的發(fā)熱致使溫度過(guò)高時(shí)就會(huì )無(wú)法在人類(lèi)身邊工作了。其他相互感知的例子還有感知光、接觸等，下文我們很快就會(huì )講到。 感知它們的相對位置：本體感受 外部和內部的感知對于協(xié)作機器人的操作和維護是至關(guān)重要的，但是要對人類(lèi)有用，大多數協(xié)作機器人還必須具備本體感受。由于大腦的相互作用和解釋?zhuān)倔w感受使得人體能夠在不看四肢的情況下移動(dòng)和控制它們。 對于人類(lèi)來(lái)講這使得人類(lèi)能夠感知身體各部分的相對位置，并且感知運動(dòng)所需要的力量。人體的本體感受器官包括肌肉、肌腱和關(guān)節等。對于協(xié)作機器人來(lái)說(shuō)本體感受的功能主要依賴(lài)機電制動(dòng)器和電機來(lái)模擬，本體感受的測量包括關(guān)節位置、關(guān)節速度和運動(dòng)力矩。 與人類(lèi)進(jìn)行交流 聲音和運動(dòng)不是感官，但是是人類(lèi)和機器人交流和執行任務(wù)所必須的。協(xié)作機器人需要語(yǔ)音通信來(lái)判別所聽(tīng)到的內容，從而提醒人類(lèi)注意潛在的危險。語(yǔ)音合成的硬件和軟件可以用來(lái)模擬人類(lèi)的聲音。 現在人工智能（AI）開(kāi)始使人類(lèi)和協(xié)作機器人之間進(jìn)行實(shí)際的對話(huà)成為可能。機器人能夠理解人類(lèi)語(yǔ)言中的細微差別，比如聊天、半句話(huà)、笑聲，甚至發(fā)出“啊哈”等不確定詞匯時(shí)也能夠聽(tīng)懂。共享資源比如會(huì )話(huà)層是機器人正在學(xué)習的另一個(gè)概念，為了防止交談的混亂，機器人被限制一次只能與一個(gè)人進(jìn)行明確的對話(huà)。 協(xié)作的復雜性 人類(lèi)使用多種感官來(lái)運動(dòng)、操作和交流。一個(gè)常見(jiàn)的例子是肢體語(yǔ)言比如在使用不同手勢時(shí)還會(huì )使用語(yǔ)音命令。對于協(xié)作機器人來(lái)說(shuō)這種形式的協(xié)作需要視覺(jué)識別來(lái)完成手勢識別、語(yǔ)音識別來(lái)理解不同的命令，以及借助人工智能（AI）來(lái)理解與人類(lèi)交流時(shí)的內容。托尼就是采用這些技術(shù)才實(shí)現了與Dum-E的溝通交流。 我們繼續深入探究這一點(diǎn)，這次我們舉一個(gè)通過(guò)視覺(jué)和觸覺(jué)（或觸摸）反饋結合感官理解的例子，實(shí)際生活中外科醫生在實(shí)際操作之前都會(huì )進(jìn)行模擬手術(shù)（圖2），模擬過(guò)程是創(chuàng )建一個(gè)虛擬現實(shí)（VR）的場(chǎng)景，外科醫生可以在該場(chǎng)景中查看和測試手術(shù)的整個(gè)過(guò)程，然而模擬過(guò)程中是無(wú)法感受到手術(shù)刀與人體組織接觸的感覺(jué)。這就是觸覺(jué)反饋的作用所在，因為它能夠幫助模擬過(guò)程中的觸覺(jué)和力量。
圖2：觸覺(jué)的反饋能夠讓手術(shù)模擬過(guò)程中的感覺(jué)更加的真實(shí) 機器怎樣通過(guò)觸覺(jué)實(shí)現交流呢？觸覺(jué)反饋最常見(jiàn)的形式是通過(guò)振動(dòng)來(lái)實(shí)現的，比如抖動(dòng)產(chǎn)生的感覺(jué)，但是還有些是靜音的，比如手機。以外科手術(shù)為例，線(xiàn)性的驅動(dòng)器可以取代振動(dòng)電機，當外科醫生對模擬手術(shù)刀施加壓力時(shí)，線(xiàn)性驅動(dòng)器可以上下移動(dòng)對身體的某一部分施加一定的壓力，這個(gè)壓力對應的就是模擬手術(shù)刀上的壓力。 以協(xié)作機器人為例，協(xié)作機器人的抓手（或手）裝置中采用了觸覺(jué)反饋設計，這些抓手通常包含一個(gè)用于識別被握持物體的手腕攝像頭，以及為觸覺(jué)提供輸入力——力矩轉化的傳感器。 大多數工作人員通過(guò)按鈕、操縱桿、鍵盤(pán)或數字接口（圖3）來(lái)與協(xié)作機器人實(shí)現交流和控制，然而這就像它們對人類(lèi)一樣，語(yǔ)音和觸覺(jué)可以成為協(xié)作機器人更加有效交流的媒介。
圖3：手勢和語(yǔ)音識別可以取代協(xié)作機器人的操作界面 觸覺(jué)和眼睛的移動(dòng)是另一種感官組合，同樣可以幫助改善人類(lèi)與協(xié)作機器人之間的互動(dòng)方式。當人類(lèi)要指向一個(gè)物體時(shí)，它會(huì )先朝著(zhù)這個(gè)物體的方向看，協(xié)作機器人的視覺(jué)傳感器可以捕捉這種預期行為，從而提供關(guān)于人類(lèi)的行為的判定結果，同樣技術(shù)也可以幫助協(xié)作機器人將這種判定結果傳達給人類(lèi)�，F在機器人可以借助投影儀將目標物體或者行動(dòng)路線(xiàn)照亮。 總結 與任何新興的技術(shù)一樣，實(shí)現協(xié)作機器人與人類(lèi)更加高效的交流工作仍然面臨著(zhù)許多的挑戰，就像“鋼鐵俠”中托尼·斯塔克（Tony Stark）一樣，人類(lèi)會(huì )不會(huì )覺(jué)得協(xié)作機器人會(huì )更令人沮喪而不是更加有用呢？ 如今大多數機器人都集成了高級的語(yǔ)音和視覺(jué)識別功能來(lái)幫助人類(lèi)，然而協(xié)作機器人缺乏的能力是對連續內容的理解以及對復雜情況及時(shí)做出反應。人工智能對于協(xié)作機器人實(shí)現真正的交互、預測和溝通是至關(guān)重要的，尤其是當它們需要將某些復雜的任務(wù)交給人類(lèi)來(lái)處理時(shí)，這在自動(dòng)駕駛汽車(chē)領(lǐng)域是一直存在的問(wèn)題。 比較樂(lè )觀(guān)的是在“鋼鐵俠”這部電影接近尾聲的時(shí)候，托尼·斯塔克因為無(wú)法拿到旁邊桌子上的人造心臟而奄奄一息的關(guān)鍵時(shí)刻，Dum-E弄清楚了托尼的意圖并及時(shí)幫助了他，挽救了托尼的生命。托尼抬頭看著(zhù)Dum-E說(shuō)到“好孩子”。協(xié)作機器人與人類(lèi)之間建立這種程度的信任或許是目前最困難也是最有價(jià)值的目標了。 文章來(lái)源：貿澤電子 作者：John Blyler |
