超能Baymax到底离我们有多近?“大白”之父告诉你如何实现

石亚琼 · 3年前
大白之父也是蛮萌的

大白不仅是理想男票,更是理想中的健康服务机器人。其实,“大白”的灵感来自美国卡耐基·梅隆大学的Chris Atkeson (克里斯·阿特克森)教授及其所带领的机器人研究项目。把大白造出来的热情一直在喉咙里,不久前决定和 Chris Atkeson教授 一起制造“大白机器人”。

当我们一再提到如何让大白来到我们生活之中的时候,除了大白高级人工智能的一面,就像埃克森教授所提到的,可爱的外形在实际设计中是一大挑战。不过,他挺着个软软的肚子,就已经默默地告诉我们该做什么了,他让我们看到了另外一个正在开启的机器人领域——软机器人技术(Soft Robotics)。

大白会是未来商业机器人的主力军么?

软机器人属于仿生技术领域,是指由软部件构成的柔韧易弯曲的驱动体,近年来的发展包括气动类和电活性类两大不同驱动分类。他们不仅活跃在实验室里,也是许多企业科研的大方向之一。

譬如在人造外骨骼方面,在美国发展迅速的Ekso Bionics 公司开始把目光转向软部件。目前该公司所有产品使用的都是传统的电机驱动,其军用产品可以帮助士兵负重,民用产品可以帮助部分患者重新站立和走路,然而任何形式的钢架结构的产品都会限制腿部自身的多自由度的活动,造成不舒适感。此外,民用外骨骼的成本昂贵,目前不向个人出售,而是向某些医院和公司特定医疗点提供。这些不足都有望在使用仿生软部件后改善。

做可穿戴步态分析的BioSensics公司也已经开始参与气动肌肉外骨骼的研究,譬如婴幼儿的步态康复训练。在这一类的健康服务领域,我们完全可以直接对接科技前沿。

超能Baymax到底离我们有多近?“大白”之父告诉你如何实现

(注:图为电动外骨骼的发展演变)

那么问题来了,软机器人现在有何发展,会成为未来商业机器人的主力军吗?

大白是个有轻盈骨架的可充气机器人,大白的灵感,出自埃克森教授的实验室里的可充气机械手臂。这个机械手臂可以给瘫痪病人擦拭身体和喂饭,进行身体的护理。值得注意的是,这个手臂真的好似一个气囊,并没有结构骨架。它的出现显示出可充气机器人实用性的巨大潜力,在控制技术下,气囊也可以变得有大用处。青睐这类机器人的还有极客初创公司Pneubotics,他们的市场切入点是用于仓库装卸的工业手臂,目标是改革工业自动化中机器的使用方式。

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(注:图为Pneumatics公司的气动仓库机器手臂)

“大白”们不只是暖男

圆滚滚软乎乎的外表已经成为是大白的独家特征。事实上,除了它表现出的蠢萌的样子,柔软的外表还有更重要的使命。

  • 对比传统机器手臂,惯性小了几十倍

市场中现有的电机机器人手臂依赖齿轮减速,越能负重的手臂因为齿轮组而越笨重。在软件系统的控制下,他们的动作看起来越发轻盈。然而硬件系统的组成特点让他们始终存在安全隐患。气动机器人利用气动肌肉或者气动原理驱动,在同等负重的条件下,气动机器人手臂的重量可以比传统机器人手臂小几十倍,做到在失控情况下也不会对人造成伤害,实现和人长期的近距离接触。另外,气囊本身有很强的负重抗压功能,这就让轻盈的大白可以武装上多种医疗设备,比如扫描仪,从而实现他的各种医疗服务本领。

  • 给可触摸的多功能皮肤提供平台

迪士尼大白形象的创造者唐·霍尔导演说,他寻找的就是能让人们想要抱抱的机器人形象。具备丰富的皮肤感觉是成为陪伴照料人们的健康服务伴侣的必要条件,这种观点并不夸张。不论是在医院、疗养院还是家庭环境,机器人和它的被照看者必须有合作关系,人们需要与机器人有实体接触从而得到照顾。

现有的皮肤技术在触觉上有很大发展,整体皮肤感应器的应用包括欧洲社交机器人iCub和日本的婴儿机器人CB2。除了触觉,人造皮肤还应有其他功能,我们甚至可以把相机植入皮肤中。可是有一点,在金属制皮肤之外再包硅胶的设计,产品的重量就会大大增加。利用软机器人本身外层柔软的优势,直接在软材料上植入传感器,就可以省去二层皮肤的重量。

近日,2001年电影《人工智能》的主角机器泰迪熊已经在苏格兰和美国合作医院试用,原始的泰迪熊有全身皮肤传感器。由于小熊除了卖萌,什么都不用干,省下了结构骨架等等笨重的“身体”,属于“真人出演”。现在,重新设计后在我国生产制造的,使用安卓系统和多种可触摸传感器小熊又开始和世人见面。

超能Baymax到底离我们有多近?“大白”之父告诉你如何实现

(注:图为MIT media lab's robot care bear Huggable,在医院帮助医护人员更好监控幼儿患者的身心健康)

  • 降低结构复杂程度和制造成本

软机器人技术使机器人复杂度极大降低,控制和制造技术成为将软机器人推向市场的关键。用人工气动肌肉驱动的气动产品,所用部件数目少,其主要部件人工肌肉的成本小。对于可充气型机器人,譬如Pneubotics公司的机器手臂,其最昂贵的部件是传感器而不是谐波驱动电机,其主体由布质材料缝制而成的,气体从气动阀门出发向不同形状的空腔压缩空气,本身没有价格高昂的部件,同目前的人民币几十万到上百万工业手臂相比,凸显价格上的竞争力。该公司创始人说“我受够了复杂的结构,我们为什么一定要复杂才好?做可充气机器人给了我很多快乐,他们有成为新一代低价,轻盈,强大而安全的机器的巨大潜力,我们从零开始做了控制和模拟,我对它的未来充满信心。” 在轻松的车库文化氛围中,他逐步发现了可充气机器人的潜力。

大白离我们有多远?

要让大白成为现实,还有哪些挑战,我也采访到了Chris Atkeson。他表示,目前主要有两大挑战:制造身体和制造头脑。后者涉及到到人工智能,短时间内还不太可能成熟,但已在稳步推进。而对于制造身体,Chris Atkeson教授专注于可充气技术,让装甲和火箭去死吧。可充气技术的应用的例子很多,比如在外太空行走中使用的航天服。

我自己在做类人机器人自主活动的研究,我所在的Soft Robotics Lab正在做康复治疗的气动肌肉外骨骼等气动软机器人,Personal Robotics Lab在现有的电动机器手臂上做具体动作的任务实现,譬如完成在厨房里使用微波炉等一系列任务、正确表达自己的意向、跟人合作完成一项任务等。这些也都可以直接运用到其他形式的机器人。

对于大白,一个主要的挑战是能量的蓄存:当下的能量大而持久的电池是很笨重的。实现大白身体的第二大挑战是实现其动作的灵活性。目前我们生活中的可充气系统,比如气船和起重装置,都是硬性的或者只能做简单的动作。

即使如此,大白为代表的个人健康伴侣会逐步被实现。我们已经在使用可穿戴的、能与电脑和手机联网的监控装置,譬如 Fitbit、Jawbone、Fuelband。我们也已经有了生理学上和行为上的评估系统,譬如心速、心电信号、体温、行走步数、攀爬步数、行走路程、燃脂估测、睡眠型态和质量、饮食习惯以及其他的日常活动。可穿戴的心脏活动记录器和强心器,以及像 Heart Check PEN这样的手持型心脏监视器,基本上都是大众可以享受的商品了。这些类型的设备会继续大幅增长数目并改良品质。

在不久的将来,我们将会拥有大白的一部分,比如可以协助进食,穿衣,让不能正常生活的人过得更好的桌面机器系统,使用现有机器人技术的初步版本已经存在。当我们攻克了机器人的灵活度和认知挑战,我们将会看到协助抬举和运送病人的机器人,譬如日本的 Robear,出现在医院和疗养院和家庭之中。这样的机器人插上电源就能做重体力活。当我们攻克了思考、理解、推想上的挑战,我们会看到更多更多的自主机器人。

耐心读到这里的,一定都是真爱,说不定都爱大白胜果男票、女票,想要看看真实的大白长啥样。这个嘛~~我们还真不知道,还是奉上大白他爸的照片吧。

超能Baymax到底离我们有多近?“大白”之父告诉你如何实现

本文作者孙春阳,CMU应用机器人专业研究生,关注机器人在医疗健康、家庭和娱乐领域的发展,与“大白之父”Chris Atkeson共事,爱大白胜过爱男票,微信公众账号buildbaymax。

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