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- 傳感器讓機器手無限趨近人手
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/4/26
掃地機器人、寵物機器人、護理機器人——各種各樣的機器人越來越多，機器人成功走入人們?nèi)粘Ｉ睢Ｕ陂_發(fā)的人型機器人被視為機器人的終極形態(tài)，將來很可能會用于護理、家務(wù)、保安、工業(yè)等諸多場合。
在實現(xiàn)人型機器人的過程中，機器人“手”的進化是關(guān)注的焦點。為了實現(xiàn)具備觸覺、力覺等感覺逼近人手的機器手，相關(guān)開發(fā)也在不斷推進之中。
視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺。在人類的五感中，視覺、聽覺、嗅覺可以利用現(xiàn)有的傳感器技術(shù)彌補，敏感程度甚至能夠超過人。機器人無需進食，所以味覺可以排除在外，但對于觸覺，有看法認(rèn)為，利用現(xiàn)有的技術(shù)還無法超越人類。因為技術(shù)人員雖然可以在機器人的指尖安裝傳感器，使其局部具備觸覺，但是，使整只手的表面覆蓋傳感器和布線的技術(shù)，以及像人類那樣根據(jù)觸感的柔軟程度和形狀調(diào)整力量還很難實現(xiàn)。
為機器人賦予觸覺——東京大學(xué)與日本產(chǎn)業(yè)綜合研究所、日本大型印刷電路板企業(yè)Mectron從四年前開始合作開發(fā)這一項目。
“要想實現(xiàn)人與機器人的共存，必須依靠觸覺”，Mectron NB策劃部的木村泰介強調(diào)說。因為機器人如果沒有觸覺，“就可能傷及接觸對象。而且，機器人本身也注意不到傷害”。
用1000個傳感器檢測壓力
合作開發(fā)的成果，是能夠粘貼在曲面上使用的“柔性觸覺傳感器”。筆者在采訪中看到了相關(guān)演示，人體模特的手上粘滿了傳感器，僅一只手上，傳感器的數(shù)量就達到了1000個。人體模特的手顯示在電腦屏幕上，與滿是傳感器的手一接觸，屏幕上就能看到相應(yīng)的接觸點被點亮，對于不同大小的壓力，點亮的顏色也不同，例如壓力強的地方呈現(xiàn)紅色、壓力弱的地方呈現(xiàn)綠色。如果將人類握手時感受到的壓力“可視化”，估計也是這樣的感覺。現(xiàn)在能夠檢測的壓力范圍是每平方厘米10克至數(shù)千克。
Mectron等開發(fā)的能夠檢測壓力的“柔性觸覺傳感器”，可以粘貼在機器人的手上使用。
柔性觸覺傳感器上使用的是0.35mm×1.1mm的薄片狀微型傳感器，在手掌以4mm為間隔、在指尖以2mm為間隔排列。其特點是容易貼合曲面，在彎曲較多的部位也可以準(zhǔn)確檢測壓力。
把這種觸覺傳感器貼在機器人的手上，機器人就能夠判斷出是否有物體接觸，以及抓握的物體硬度。這種觸覺傳感器計劃在2014年內(nèi)投產(chǎn)，開發(fā)人型機器人的機構(gòu)已經(jīng)表現(xiàn)出了濃厚的興趣。
盡管如此，要實現(xiàn)人手那樣的程度仍非常困難。要想利用傳感器完全重現(xiàn)人手，傳感器排列的間隔要縮小到1mm，這就需要更小、更薄的傳感器，成本也會水漲船高，因此，實用化還存在相當(dāng)大的難度。
機器人能抓起豆腐嗎？
除了需要觸覺傳感器進化以外，還有許多其他課題。
2013年，在東京舉辦的國際食品工業(yè)展“FOOMA JAPAN 2013”上，出現(xiàn)了一臺有趣的機器人。這是能夠在生產(chǎn)流水線上完整抓取豆腐的機器人，開發(fā)商是經(jīng)營豆腐生產(chǎn)設(shè)備的LANDS WORK（名古屋市）。筆者見到的是用4塊鐵板從側(cè)面輕輕抓起豆腐的機器，它用影像確認(rèn)豆腐的方向，用不會破壞豆腐的力量將其提起。
那么，與此類似的人型機器人的五指能否做到？
在產(chǎn)綜研從事機器人開發(fā)等工作的數(shù)字人體工學(xué)研究中心副主任加賀美聰指出，“抓取（豆腐那樣的）柔軟物體非常困難”。舉例來說，人在抓取豆腐的時候，為了防止豆腐破碎或滑落，會下意識地調(diào)整力度。而用只能檢測接觸程度的觸覺傳感器，無法實現(xiàn)這種感覺。雖然像LANDS WORK那樣使用四塊鐵板可以實現(xiàn)，但是，五指型機器手要想完成相同的操作，在技術(shù)方面還面臨諸多課題。機器人或許不需要具備烹調(diào)豆腐的能力，但就現(xiàn)有技術(shù)而言，抓取豆腐可以說是機器手的極限。因為人手擁有著現(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)的“感覺”。
除了抓握柔軟物體，機器人還有一樣不擅長的事情是用手摸索。
美國國防部高級研究計劃局（DARPA）曾舉辦過一場比賽，讓機器人從包中取出十樣物品，速度快者為勝。參賽的機器人事先并不知道包中放的是什么。
結(jié)果，大多數(shù)機器人沒能取出所有的物品。這意味著什么呢？加賀美表示，如果事先指定物品的種類，機器人能夠取出7～8成的物品。但是，如果事先不告知，機器人就不知道“應(yīng)該取出什么”、“應(yīng)該用多大的力道抓握接觸到的物品”、“應(yīng)該用多大的力拿起”。
機器手的進化不僅需要傳感器技術(shù)，還需要AI（人工智能）、影像識別等軟件技術(shù)的進化。不過，“在最近幾年，AI領(lǐng)域的開發(fā)進展迅速，機器人越來越聰明。與之相比，機器手的進化卻還非常緩慢”（加賀美）。美國等地如今也在通過產(chǎn)官學(xué)合作來開發(fā)具備通用性的機器手。
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