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我在5000英里之外的伦敦变成了一个机器人

核心提示:三个不同的团队合作研发了Shadow Hand系统,在5000英里之外的伦敦远程控制该机器手臂触碰一个球,通过触觉技术获得感知,对于触觉技术,这是一项令人意想不到的突破。

我只是一个婴儿,这是我第一次探索世界,我戴着电脑控制的手套,伸手去追一个小玩具篮球,一只机械手臂和我的手做同样的动作,模仿我的每一个动作,慢慢地,我抓住了那个东西,举起它,慢慢转过身,一松手把球扔进了地上的一个塑料杯里。

我觉得自己真是太棒了,我为自己感到非常、非常自豪,掌声从我面前的电脑里爆发出来,但这不是美国人在旧金山的掌声,这是英国人发出的掌声,机械手臂和球实际上位于伦敦,我刚刚在大西洋彼岸对着一些电脑硬件发号施令,而帮助我完成这一壮举的工具是一只Shadow Hand,这也许是地球上最复杂的机械手臂。

它的每一个指尖上都有一个传感器,可以让机器人获得感知,然后这种感知通过特殊管道传到我的触觉手套里,如果我只是用Shadow Hand去触碰一个球,我只会有一些微妙的感觉,当我握住球时,这种感觉变得异常强烈,令人惊讶的是,尽管系统是通过我旁边桌子上的4G手机运行的,我的动作和机器人之间几乎没有延迟,戴上手套,我感觉我好像真的就处在伦敦,但实际上并非如此,我对于球的感觉也是似是而非,因为我得到的只是感觉的再现,这些轻柔的刺激就像一群小精灵在指尖跳舞。

这就是奇异怪诞又令人难以置信的遥控机器人技术前沿:远程控制机器人,简单的触觉技术已经运用在了外科手术和拆弹机器人中,操作人员主要是用它来发出触碰的信号,但与这种丰富、精细的机器人触觉相比,简单的触觉技术就显得比较苍白无力。

这个全新的系统由三个不同的团队合作研发,每个团队都有各自的研究领域:带有触觉的手套由HaptX设计,机械手臂则来自英国Shadow Robot公司,配备了SynTouch的指尖传感系统。

首先,Shadow Hand看起来有点像终结者的手,只是没有金属罢了。它的目的是准确地复制人类手臂的运动。Shadow robot公司的总经理里奇·沃克说:“我们暂时还没有研发出这种机器人的手掌弯曲、拇指根部移动、关节处皮肤等一些微妙的细节。”尽管如此,这类项目的一个真正受益的好处就是,团队能找出目前研发的不足,并且探究出新方法。

Shadow Hand的每根手指顶端都附有24个电极,电极的顶端是一层硅质的材料。当SynTouch被注入生理盐水时,它会在模拟和电极之间形成一片水流,用于对指尖施加压力,这样电极就能检测到盐水中电阻的变化,从而使手指能够精确地感知触觉。

当我戴上手套时,我就好像被推入一个一开始会让人迷失方向的世界。这个世界的视角是由两个并排放在屏幕上的摄像机镜头组成的。其中一个被放大并面对着我的手臂;另一个位于桌子上,仔细地观察着我正在操纵的物体。虽然这不是正常人类看世界的方式---我们习惯直接低头看自己的手,但现在我已经习惯了观察被摄像机缩小后的世界,将手伸向某一个物体,然后在几乎接触到物体时又将视线切换到桌面摄像头。

一旦你掌握了这一视角,你就会感觉你的手臂好像已经真的跨过了大西洋。HaptX’s telerobotics项目负责人、研发中心负责人迈克尔·埃切缪勒(Michael Eichermueller)说:“轻轻的触动会引发传感器的局部膨胀,这样就能取代用户指尖的皮肤。如果手指完全触摸球体的话,就能触发一个完全的压力膨胀,从而激活触觉并反馈给骨骼,同时压迫皮肤,达到限制手指在球体边缘的运动的效果。这种限制让人们觉得自己的手指在触摸球体,而实际上我们手里什么都没有。”

但这不是我们所习惯的触觉。触觉振动对手机和游戏控制器来说都是很好的技术运用,然而这些设备运用触觉技术并不是为了再现某一物体。只有在人们接收短信或者遇到游戏过程中爆炸的场面时,才能真正体会到这一技术带来的改变。

重现人类的触觉需要非常微妙的技巧:你可以用手指轻抚物体表面来感知它的质地,或者挤压物体来确定它的柔软度。HaptX的创始人兼首席执行官杰克?鲁宾(Jake Rubin)表示:“人类潜意识里会利用许多微妙的线索,比如利用物体对皮肤施加的压力或作用力来操纵物体并执行一些更具技巧性的任务。”

虽然这项技术还处于早期阶段,但它与高级机器人的最大优势之一相吻合:让人类远离危险的环境。虽然Shadow Hand并不能完美模拟人类的手,但它确实是一项令人意想不到的突破。这也许就是高度灵巧的机械手臂发展的起点,也许有一天,我们可以把机器人送到棘手的环境中,远程操控它们,让它们作成为我们自己的化身。

SynTouch的联合创始人兼首席技术官杰里米?菲舍尔(Jeremy Fishel)表示,没有触控功能的机器人只能运用在完全已知的熟悉环境中,要么只能被迫缓慢移动,以便工作人员在事态恶化之前及时解决问题。而触觉重现就解决了这些问题。

有这样一个奇怪的问题:机器人应该发出疼痛的信号吗?毕竟,疼痛能阻止我们用身体受到伤害。如果你正在操作一个造假昂贵的机器人,你可能还想知道你的操作是否会让机器人受到伤害。实际上研究人员正在研究假肢的这一特性,科学家需要做的第一步就是让没有感知能力的无生命机器人体验“疼痛”,以及研究机器人如何与截肢者进行交流。

再提一个更奇怪的问题:也许有一天我们会陷入这样一个尴尬的境地---机器人触摸技术的发展遇到瓶颈。南加州大学专攻机器人触觉技术的专家希瑟·卡伯特森(Heather Culbertson)说:“我相信,与生物之间的真实接触相比,机器人触觉技术的难堪之处就体现出来了。”

所以,让机器人像人类那样触摸物体是一件本身就很奇怪的事情,而且事态只会发展得更奇怪,我们都是婴儿,正在重新探索世界。

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