機(jī)器人的靈活性可能會(huì)在商業(yè)和日常生活中產(chǎn)生更大的影響

無人機(jī)和無人駕駛汽車的新聞往往占據(jù)媒體的頭條，但另一個(gè)突破-機(jī)器人的靈活性-可能會(huì)在商業(yè)和日常生活中產(chǎn)生更大的影響。

美國(guó)東北大學(xué)Helping Hands機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任、計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Robert Platt認(rèn)為，“機(jī)器人操作是另一只掉下的鞋子。想象一下，一個(gè)機(jī)器人可以在現(xiàn)實(shí)世界中用手去做事情：從拆炸彈到洗衣服。數(shù)十年來這一直是研究界的夢(mèng)想，現(xiàn)在終于即將變成現(xiàn)實(shí)。”

Platt表示，機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和機(jī)器人感知方面的最新進(jìn)展使我們處于機(jī)器人在不受控制的環(huán)境中執(zhí)行精細(xì)動(dòng)作任務(wù)和功能的能力出現(xiàn)飛躍的門檻。

機(jī)器人可以在高度結(jié)構(gòu)化的工廠環(huán)境中進(jìn)行重復(fù)性的任務(wù)，也可以在現(xiàn)實(shí)世界中進(jìn)行有意義的工作。

為什么精細(xì)動(dòng)作技能已經(jīng)落后

機(jī)器人和人工智能領(lǐng)域有個(gè)非常諷刺的事實(shí)，Moravek悖論：對(duì)于人來說很難的事情，對(duì)于機(jī)器人來說相對(duì)容易，而對(duì)于人類來說很容易的事情，在機(jī)器人那里幾乎是不可能完成的任務(wù)。

我們可以用機(jī)器人的計(jì)算能力來打敗一個(gè)國(guó)際象棋冠軍，但卻無法讓它像2歲大的孩子那樣靈活。在隨機(jī)堆放的辦公用品中識(shí)別和抓取鉛筆對(duì)于機(jī)器人來說幾乎是不可能的，如最近一次DARPA國(guó)際機(jī)器人挑戰(zhàn)賽所展示的那樣，打開一扇門走進(jìn)一個(gè)房間，看起來就像一個(gè)打鬧的喜劇場(chǎng)景。

數(shù)百萬年以來，人來一直在進(jìn)化他們的視覺、感覺和運(yùn)動(dòng)技能，這些復(fù)雜的技能深深植根于人類的腦電路中，以至于我們毫無意識(shí)地就去執(zhí)行了。相比之下，數(shù)學(xué)、科學(xué)和股票分析等高層次的嘗試是相對(duì)較近的人類努力，因此，這些工程師們更容易復(fù)制。

蓄勢(shì)待發(fā)

盡管面臨巨大的挑戰(zhàn)，Platt認(rèn)為，自主機(jī)器人依然能夠在操縱陌生物體的能力上取得巨大的飛躍。

例如，Platt和Helping Hands實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)訓(xùn)練了一個(gè)機(jī)器人從一堆混亂的物體中尋找、抓取并移除不熟悉的物體，精度高達(dá)93%。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要在機(jī)器學(xué)習(xí)、感知和控制方面取得重大進(jìn)展。

研究人員使用了一種叫做強(qiáng)化學(xué)習(xí)的技術(shù)，機(jī)器人通過反復(fù)試驗(yàn)學(xué)習(xí)。他們創(chuàng)造了一個(gè)模擬世界，機(jī)器人可以在虛擬現(xiàn)實(shí)中練習(xí)拾取和操縱物體。當(dāng)機(jī)器人做了研究人員想要的東西，比如從一個(gè)堆物體中抓起某個(gè)物體，它將得獎(jiǎng)勵(lì)。這種技術(shù)允許機(jī)器人在虛擬環(huán)境中掌握技能，然后將其應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界。

機(jī)器人在不受控制的環(huán)境中工作也是深度認(rèn)知的重大進(jìn)步。以前，他們只能把世界看作是一個(gè)由各種顏色隨機(jī)組成的平面。但是，通過這種新的三維感知，他們可以在擁擠的地方識(shí)別出不同的物體。

視覺是指導(dǎo)廣泛運(yùn)動(dòng)的極好工具，精細(xì)動(dòng)作技能需要觸覺。

Platt解釋道，“想想你帶著手套可以做什么。你可以打開車庫門，抓起鏟子，清理車道。但是如果你需要先打開車庫，脫下手套，然后插鑰匙?！?/p>

作為NASA資助的一部分，Platt的實(shí)驗(yàn)室最近建立了一個(gè)裝備有觸覺傳感器的機(jī)器人手，并開發(fā)了用于解釋觸覺數(shù)據(jù)的新算法。

Platt表示，“為了將鑰匙插入鎖中，機(jī)器人需要確切地知道如何控制鑰匙，精確到毫米。我們的算法可以非常準(zhǔn)確地定位這些被放棄的物體?！?/p>

Platt的實(shí)驗(yàn)室通過讓機(jī)器人抓住USB連接器并將其插入端口來演示這些新功能。雖然這聽起來不是什么大不了的事情，但是這對(duì)于制造那些可以執(zhí)行精確操作任務(wù)的機(jī)器人來說是關(guān)鍵的一步，例如更換手機(jī)中的電池。

未來怎么樣？

正如雷達(dá)、電話、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)剛剛興起的時(shí)候，機(jī)器人靈活性的實(shí)際應(yīng)用還很難預(yù)測(cè)，以下是其中一小部分：

家庭

Platt的Helping Hands實(shí)驗(yàn)室與馬薩諸塞大學(xué)洛威爾分校和新罕布什爾州的Crotched Mountain Rehabilitation Facility合作，正在打造一款帶機(jī)器人手臂的動(dòng)力輪椅，該機(jī)器人手臂可以抓住房子周圍的物品或完成簡(jiǎn)單的家務(wù)。這可以使老年人或殘疾人繼續(xù)在自己的家中獨(dú)立生活。

Platt也有興趣在日常生活中使用這項(xiàng)技術(shù)，他表示，“我們聽說很多關(guān)于Alexa風(fēng)格的助理可以通過訪問互聯(lián)網(wǎng)來回答問題，但是這些助理不能做任何事情。我們希望為這些設(shè)備配備一個(gè)機(jī)器人機(jī)身，這樣你就可以說，'Alexa，拿報(bào)紙給我'，'Alexa，清理一下Jimmy的房間'?！?/p>

戶外

工程學(xué)教授Hanumant Singh與Platt合作，正在打造一個(gè)高爾夫車大小的移動(dòng)機(jī)器人，它有一個(gè)機(jī)器人手臂，可以在東北大學(xué)的校園里自主駕駛，也能完成一些簡(jiǎn)單的任務(wù)，比如丟垃圾。

軍用

類似類型的機(jī)器人可以在激烈沖突的地區(qū)承擔(dān)類似的職責(zé)，并用于危險(xiǎn)的行動(dòng)，比如拆彈。例如，普拉特和他的團(tuán)隊(duì)最近完成了海軍研究辦公室資助的一個(gè)項(xiàng)目，用于開發(fā)將在海軍艦艇上使用的基本操縱技術(shù)。

危險(xiǎn)廢物處理

工程學(xué)教授Taskin Padir和他的團(tuán)隊(duì)獲得了能源部的項(xiàng)目資助，用于調(diào)整NASA的Valkyrie機(jī)器人處理危險(xiǎn)廢物。冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)有十幾處散落著放射性廢物的地方。自主機(jī)器人要對(duì)這些廢物進(jìn)行定位、抓取，并將他們放置到安全容器中，他們就需要驚喜運(yùn)動(dòng)技巧和在陌生的環(huán)境中操作的能力。

醫(yī)學(xué)

由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，工程學(xué)教授Peter Whitney正在與斯坦福大學(xué)的研究人員合作，打造一個(gè)可以進(jìn)行MRI引導(dǎo)手術(shù)的機(jī)器人。

太空探索

Platt正在與美國(guó)航空航天局的研究人員合作開發(fā)機(jī)器人操縱能力，以處理未來美國(guó)宇航局太空任務(wù)中的軟物體。

Platt表示，“在實(shí)驗(yàn)室中完美工作的機(jī)器人，當(dāng)他們處于陌生的環(huán)境中時(shí)，很快就會(huì)崩潰。我們的目標(biāo)是開發(fā)底層算法，使他們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中更可靠。 最終，這將從根本上改變我們對(duì)機(jī)器人的思考方式，使他們成為與人類的合作伙伴，而不僅僅是在遙遠(yuǎn)的工廠工作的機(jī)器?！?/p>