獵雲網9月11日報導 （編譯：福爾摩望）
無論是在工廠還是倉庫，機器人正逐步以強度和精度優勢替代人類。人工智慧可以驅動汽車，可以打敗西洋棋大師，可以把Jeopardy的冠軍遠遠甩在身後。
但是這些機器仍然缺少一個關鍵元素：發達的觸覺。正是這個元素使得它們無法很快地獲得人類的大部分能力。
Nikolas Blevins是一名來自斯坦福健康中心的腦科和頸椎科的外科醫生，他經常做耳部手術。他提到，在手術中，他需要熟練的將骨頭削離像蛋殼薄膜一樣薄的內表面。
Blevins醫生正在和機器人專家J.Kenneth Salisbury、Sonny Chan合作開發一款軟體，希望能夠通過這款軟體在正式開始手術前演練一遍流程。該項目通過融合X射線和磁性共振成像數據，來創造一個仿真程度很高的內耳三維模型。同時還允許外科醫生練習鑽骨、實眼觀察病人的顱骨以及幾乎無差別的感受軟骨、骨頭和軟組織的細微差異。但是，無論這個軟體是多麼精緻多麼逼真，它所提供的都只是近似於Blevins醫生敏感觸覺所感覺到的體驗。
他說：「要想能夠做虛擬手術，你真的需要觸覺才行。而這項技術使得在計算機的模擬系統下可以模擬出觸覺。」
這款軟體的局限性限制了機器人技術。比如研究人員在設計機器去執行任務上一直處於落後地位，而這些任務通常是人類的本能。
自從上世紀六十年代斯坦福人工智慧實驗室設計出第一款機器手臂，機器人已經學會做重複性的工廠工作。但是他們完成的工作也僅僅是打開一扇門，或者跌倒了再站起來，或者從口袋裡拿出一枚硬幣，或者轉動鉛筆。
高度進化的人工智慧和物理之間的不協調還有一個理論：Moravec悖論（以機器人先驅Hans Moravec的名字命名的）。他在1988年寫道：「讓計算機參與成人級別的智力測試或者下棋是相對容易的，但是對於感知和流動性，他們的表現還不如一個一歲的嬰兒。」
如果機器人需要做一些和人類合作的工作，例如食品服務人員、醫院預約、辦公室秘書和保健助理，那麼觸覺和運動學的進步、連接體的運動控制研究都是必不可少的。
來自加利福尼亞大學伯克利分校的機器人專家Ken Goldberg這樣評價這些進步：「這需要一定時間，因為這是很複雜的一個過程。而人類對此非常擅長，畢竟我們已經進化了數百萬年了。」
模擬人類觸覺是機器人行業發展的難題
觸覺是要比想像中還要複雜的一個感官。人類一系列的器官允許我們感受壓力、剪切力、溫度和具有明顯精度區分的振動。（德國的研究人員聲稱，浣熊擁有動物世界裡最複雜的大腦，這讓他們可以在黑暗裡能夠產生觸覺衝動。）
研究表明，我們的觸覺比之前所公認的還要好上幾個數量級。去年秋天，瑞典的科學家在《自然》雜誌上發表的論文中提到：「當手指滑過一個平面，人的動態觸覺能夠區分出的範圍不超過13納米，也就是1英尺的0.0000005。」
那是單分子的尺度。或者就如瑞典KTH皇家理工學院表面化學教授所說的一樣，如果你的手指和地球一樣大，那你可以區分出汽車和房屋。生理學家曾指出，手指和表面的交互是由稱為機械感受器的器官檢測出來的，它們一般分布在皮膚的不同深度裡。其中有一些對物體的大小形狀改變和其他振動有著敏銳的感覺。
在表面微小變化的情況下，當來自Pacinian小體的，大約1毫米（1英尺的1/25）的橢圓形結構的線索變化時，會發出信號。
科學在連接計算機世界與人類中啟著越來越重要的作用，而複製觸覺的靈敏度就是其目標之一。由機器人專家Rony Abovitz於2004年建立的Mako Surgical公司，在觸覺方面取得了一個重要成果。2006年，Mako開始提供一種機器人，這種機器人可以給外科醫生修復有關節炎的膝關節提供精確的反饋。
Abovitz說：「我認為，觸覺是一種可以將機器智能和人類智能相結合的方法。通過這種方法，機器會做它們所擅長的事，而人類會做他們所擅長的事。這就是我們所要說的很有趣的共生關係。外科醫生仍然擁有可控制的感覺，可以把精力拖入到運動和推上。但是所有的智能指導和外科醫生通常要完成的工作都是由機器執行的。」
機器人化的危險
即使是在機器人已經普及的產業裡，專家仍然擔心它們對周圍工作的人會造成的危險。在美國，機器人已經在生產車間裡造成了數十人的傷亡。如果機器人革命終究會發生，那麼科學家們將不得不製造符合現行安全標準和廉價的機器人。
HDT Global（總部設在俄亥俄州Solon的機器人公司）高級項目的總監Kent Massey說：「在過去的30年裡，工業機器人的生產都關注於一點——快速廉價。一切都是講究速度的。雖然這很令人驚奇，但是現今一個標準的手臂是精確的、僵硬的、沉重的，而且它們真的很危險。」
Massey的公司是做機器人手臂設計的，他們正在準備製造更安全的機器。波士頓的Rethink和丹麥的Universal機器人公司都設計出了具有人類觸覺的機器人。
Universal系統結合了連接體傳感器和軟體。而Rethink機器人採用了「系列彈性執行器」——本質上就是連接處的彈簧。通過模擬人類的肌肉和肌腱的連接處以及聲學傳感器，讓機器人在人類接近時放慢速度。
一些可貴的成果
除了基本安全的進展必要，科學家還致力於更微妙的觸覺。去年，Georgia Tech的研究人員在《科學》雜誌發表的論文中提到：他們已經製造出很多叫做taxels的微小電晶體，這些電晶體用來測量機械應力或壓力的電荷信號的變化。他們的目標是設計除具有敏感觸覺的應用，包括機器人和其他設備的人工皮膚。
大部分研究都關注於視覺以及核心——觸覺。由Intuitive Surgical公司開發的最新外科手術系統da Vinci Xi，使用了高像素的3D攝像機，從而能使醫生遠程操縱微小的外科手術儀器來進行微創手術。該公司致力於給外科醫生更好的視野，而在像器官這類的軟組織上手術，更發達的機器人觸覺系統還沒有出現。
一家非盈利研究機構SRI International的主要研究工程師Curt Salisbury說，雖然外科醫生能夠依賴軟組織提供的視覺線索來理解由工具施加的力，但有時候也沒法滿足視覺需求。
他說：「當你無法擁有良好的視覺觀察時，你會覺得觸覺反饋是極其重要的。」
其他研究人員認為，先進的傳感器能更準確的模擬人體皮膚，擁有更準確的融合視覺、觸覺和運動算法。正是這些使得下一代機器人獲得了巨大進步。
麻薩諸塞州伍斯特理工學院的機器人學助理教授Eduardo Torres-Jara曾將另一種理論定義為「敏感機器人」。他創造了一個模型，用來演示機器人的運動、抓取和操作。通過這個模型可以簡單的了解機器人的腳或者手是否碰到地面或者物體。他說：「所有的一切都是關於認知觸覺，而我們理解的很不錯。」來源自生物靈感的人造皮膚可以檢測磁場力的微小變化。通過使用這種人造皮膚，他製造了一個可兩足步行的機器人。這種機器人可以通過測量腳底力的變化來保持平衡和一定的步幅。
如果通過更強大的計算能力能改善觸覺性能，那麼解決辦法一定就是強大的計算能力。Berkeley的機器人專家Goldberg博士已經開始設計一套基於雲的機器人系統，這個系統通過網絡能夠有效地利用巨大的計算能力池。
他說：「我很喜歡雲機器人這個想法。它解決了我們一直遇到的計算限制問題。」
7月，來自Brown、Cornell、Stanford和Berkeley的機器人專家共同發布了一個叫做Robo Brain的資料庫。該資料庫由國家科學基金會贊助，旨在提供一個基於網際網路的圖像和視頻存儲庫，從而支持機器人執行出物理世界中的動作。例如，任何與網際網路連接的機器人或機器手臂，都可以獲得如何識別、抓取和攜帶一個咖啡杯的信息。
其他觸覺研究人員認為，人工複製的觸覺觸摸將對自主機器人的發展以及增加人類的系統產生深遠的影響。
去年秋天，斯坦福協同觸覺和機器人醫學實驗室的機械工程系副教授Allison Okamura開設了關於觸覺的在線教授課程。學生先安裝好由斯坦福教育學教授Paulo Blikstein設計的「hapkits」程序，然後利用這個程序來創建一個像彈簧和阻尼器的虛擬設備，之後就可以像在現實生活中一樣操縱它們了。
學生可以跟隨著新項目，調整硬體並分享他們創造的東西。Okamura博士說，可以理解他們的熱情。
她問：「你原本擁有視覺、聽覺、觸覺和嗅覺這些感官，如果有人要把它們一個一個的拿走，那麼哪一個感官會是你最後放棄的？大多數人都說是視覺，但是對我來說，我會選擇觸覺。」
Source：NYT