柔软的机器人更安全吗
作者 鹿岛田芙美 译者 郭倢
《
青年参考
》（
2013年11月20日
35
版）
 |
中岛浩平正在展示一条机器人触手 |
用弹性材料制造机器人，这是研究界正在开拓的新领域。同传统机器人相比，它们灵活、适应性强，危险性也更小，只是在它们的制造过程中还存在难题。
机器人在日常生活中越来越普遍，它们久已不再是工厂的专利，也不局限于组装汽车的机械手。如今，机器人越来越多地走入家庭，它们尤其是修剪草坪和地面吸尘的能手，机器小狗和恐龙也能给孩子带来很多欢乐。
这些机器人有个共同特质：外壳不是金属就是塑料质地，因此身体坚硬。这让它们很结实，但欠灵活。它们可以不知疲倦地精准工作，但工作范畴要很明确，甚至可以说有些局限。
另外，传统的“硬体”机器人对使用者来说，还具有一定危险性。工业用机器人应该被安装在护栏内，以防止工人无意间过于靠近机器，被高速移动的金属臂弄伤。
机器人效仿生物的适应能力
从本世纪初开始，研究界就将新方向锁定在所谓“柔软机器人”（Soft Robotics）领域，目标是创造更有弹性、可塑性和安全性的产品。为实现这个目标，科学家们从生物身上寻找灵感。
瑞士苏黎世联邦理工学院仿生机器人实验室负责人饭田史也指出：“人和动物的身体都是柔软的，90%的部位可以活动，这一特性促进了生物的适应能力。”
关于柔软机器人的研发，还处于“胚胎”阶段。“依靠现有技术，我们还造不出软体仿生机器人。一切都需要新发明，材料、传感器、发动机……”一位来自日本的副教授说。正因如此，参与项目合作的不仅有机器人专家，还有材料专家、化学家和生物学家。
瑞士洛桑联邦理工学院、苏黎世联邦理工学院、苏黎世大学和卢加诺人工智能研究所的很多项目，都通过国家科研促进会得到了联邦政府的财政支持。2010~2014年，促进会的年度经费是3500万瑞郎（约合人民币2.3亿元）。
这一促进会有5个工作重点：构架瑞士机器人研究体系、制造服务于人类的机器人、鼓励创新力量、推进技术转让，以及培养未来的机器人专家。
越软，越复杂
洛桑联邦理工学院智能系统实验室的博士生新竹纯，也是专家中的一员。他和团队致力于研发“介电弹性体致动器”——通俗讲就是一种人造肌肉。
研究的攻坚重点乍看似乎无足轻重：2.54厘米大、透明柔软、有弹性的塑料薄膜。薄膜中间贯穿的纳米带，使其具有独特性质。在电脉冲下，薄膜能做到延展或收缩。
用两张或更多这样的薄膜，便可制作一只能灵敏拿取物件、不会造成物体破损的机器人手。“这是全新的事物，所以我们还不知道它的应用领域在哪里。”薄膜发明者新竹纯承认。不过，他觉得这项技术可以应用于航天或医用假肢制造等领域。
对于科研人员来说，挑战不仅仅在发明新型材料与组件上。只要知道硬性机器人的大小和关节转动角度，要提前计算和控制其动作就相对简单。但是对于软体甚至可伸展的机器人来说，事情却复杂得多。
研究模块化机器人的专家也遇到了这种问题。洛桑联邦理工学院生物机器人实验室研制的机器人，并没有提前固定好的外型。它由许多小方块组成，方块可任意组装成希望的形状。
“我们的梦想是制造出根据指令变形的机器人。比如从椅子变成沙发。”项目工作人员玛西莫·维斯皮尼亚尼说。
可变形的机器家具
坐在一个机器人身上？尽管这样的设想不会让所有人雀跃，维斯皮尼亚尼还是为此努力工作着。在未来，也许我们会坐在机器人沙发上休息，需要坐到桌前时，再把这套沙发变形为椅子。智能系统实验室正在研发的模块化机器人，可将这一幻想变为现实。
机器人的每个模块，都由手球大小的两个空间构成——它们由中轴相连，各具有一部发动器、一块电池和一架电子控制器。每个模块都能从不同位置与其他模块结合拼接，然后分离。通过这种方法，模块化机器人变形自如，能适应不同需要。
但是，组合在一起的模块越多，机器人的形状就越复杂，而控制器的工作也就越繁复。“一个模块很好操纵，就像遥控小汽车。一旦很多模块组合在一起，想预知这个复杂体对运动指令的反应，就不总是那么容易了。”维斯皮尼亚尼说，“必须经过反复测试，才能找到最佳办法。”
坐上可控沙发之前，还必须先为模块化机器人找件“外套”。目前，模块被硬塑料包裹。理想中既足够柔软、结实，又不会束缚模块运动的材料，还有待发现。
“不定形机器人”模仿自然模型
很多生物通体柔软，却可以毫不困难地控制并快速挪动身体，比如章鱼。欧盟“章鱼 IP”项目研究的对象，便是这种多足动物的各种能力。不同团队将在未来几年里通力合作，以制造同章鱼这一自然模型具有同样功能的机器人。
苏黎世联邦理工学院的中岛浩平刚刚完成了他负责的“章鱼 IP”的一个子项目。白色的硅质触手在小鱼缸里来回移动，触手上装有无数传感器——它们可以计算触手不同部位所处的位置。
通过这只硅质触手，中岛已经证明，章鱼触手具有某种智力和短期记忆能力。
“软体活动的过程能传达出很多信息。”中岛解释道，“我们能解读这些信息，并利用它控制身体。从某种角度上讲，章鱼就好比是漂浮在水中、没有被包裹的大脑。”
中岛梦想着发明一种全无固定形状的机器人，有点像电影《终结者2》里面的半人半机械型终结者杀手。这样的机器人不会让人类发怵吗？中岛笑着安慰我们说，他会造个看起来很柔弱的机器人，免得别人害怕。
瑞士资讯网站
用弹性材料制造机器人，这是研究界正在开拓的新领域。同传统机器人相比，它们灵活、适应性强，危险性也更小，只是在它们的制造过程中还存在难题。
机器人在日常生活中越来越普遍，它们久已不再是工厂的专利，也不局限于组装汽车的机械手。如今，机器人越来越多地走入家庭，它们尤其是修剪草坪和地面吸尘的能手，机器小狗和恐龙也能给孩子带来很多欢乐。
这些机器人有个共同特质：外壳不是金属就是塑料质地，因此身体坚硬。这让它们很结实，但欠灵活。它们可以不知疲倦地精准工作，但工作范畴要很明确，甚至可以说有些局限。
另外，传统的“硬体”机器人对使用者来说，还具有一定危险性。工业用机器人应该被安装在护栏内，以防止工人无意间过于靠近机器，被高速移动的金属臂弄伤。
机器人效仿生物的适应能力
从本世纪初开始，研究界就将新方向锁定在所谓“柔软机器人”（Soft Robotics）领域，目标是创造更有弹性、可塑性和安全性的产品。为实现这个目标，科学家们从生物身上寻找灵感。
瑞士苏黎世联邦理工学院仿生机器人实验室负责人饭田史也指出：“人和动物的身体都是柔软的，90%的部位可以活动，这一特性促进了生物的适应能力。”
关于柔软机器人的研发，还处于“胚胎”阶段。“依靠现有技术，我们还造不出软体仿生机器人。一切都需要新发明，材料、传感器、发动机……”一位来自日本的副教授说。正因如此，参与项目合作的不仅有机器人专家，还有材料专家、化学家和生物学家。
瑞士洛桑联邦理工学院、苏黎世联邦理工学院、苏黎世大学和卢加诺人工智能研究所的很多项目，都通过国家科研促进会得到了联邦政府的财政支持。2010~2014年，促进会的年度经费是3500万瑞郎（约合人民币2.3亿元）。
这一促进会有5个工作重点：构架瑞士机器人研究体系、制造服务于人类的机器人、鼓励创新力量、推进技术转让，以及培养未来的机器人专家。
越软，越复杂
洛桑联邦理工学院智能系统实验室的博士生新竹纯，也是专家中的一员。他和团队致力于研发“介电弹性体致动器”——通俗讲就是一种人造肌肉。
研究的攻坚重点乍看似乎无足轻重：2.54厘米大、透明柔软、有弹性的塑料薄膜。薄膜中间贯穿的纳米带，使其具有独特性质。在电脉冲下，薄膜能做到延展或收缩。
用两张或更多这样的薄膜，便可制作一只能灵敏拿取物件、不会造成物体破损的机器人手。“这是全新的事物，所以我们还不知道它的应用领域在哪里。”薄膜发明者新竹纯承认。不过，他觉得这项技术可以应用于航天或医用假肢制造等领域。
对于科研人员来说，挑战不仅仅在发明新型材料与组件上。只要知道硬性机器人的大小和关节转动角度，要提前计算和控制其动作就相对简单。但是对于软体甚至可伸展的机器人来说，事情却复杂得多。
研究模块化机器人的专家也遇到了这种问题。洛桑联邦理工学院生物机器人实验室研制的机器人，并没有提前固定好的外型。它由许多小方块组成，方块可任意组装成希望的形状。
“我们的梦想是制造出根据指令变形的机器人。比如从椅子变成沙发。”项目工作人员玛西莫·维斯皮尼亚尼说。
可变形的机器家具
坐在一个机器人身上？尽管这样的设想不会让所有人雀跃，维斯皮尼亚尼还是为此努力工作着。在未来，也许我们会坐在机器人沙发上休息，需要坐到桌前时，再把这套沙发变形为椅子。智能系统实验室正在研发的模块化机器人，可将这一幻想变为现实。
机器人的每个模块，都由手球大小的两个空间构成——它们由中轴相连，各具有一部发动器、一块电池和一架电子控制器。每个模块都能从不同位置与其他模块结合拼接，然后分离。通过这种方法，模块化机器人变形自如，能适应不同需要。
但是，组合在一起的模块越多，机器人的形状就越复杂，而控制器的工作也就越繁复。“一个模块很好操纵，就像遥控小汽车。一旦很多模块组合在一起，想预知这个复杂体对运动指令的反应，就不总是那么容易了。”维斯皮尼亚尼说，“必须经过反复测试，才能找到最佳办法。”
坐上可控沙发之前，还必须先为模块化机器人找件“外套”。目前，模块被硬塑料包裹。理想中既足够柔软、结实，又不会束缚模块运动的材料，还有待发现。
“不定形机器人”模仿自然模型
很多生物通体柔软，却可以毫不困难地控制并快速挪动身体，比如章鱼。欧盟“章鱼 IP”项目研究的对象，便是这种多足动物的各种能力。不同团队将在未来几年里通力合作，以制造同章鱼这一自然模型具有同样功能的机器人。
苏黎世联邦理工学院的中岛浩平刚刚完成了他负责的“章鱼 IP”的一个子项目。白色的硅质触手在小鱼缸里来回移动，触手上装有无数传感器——它们可以计算触手不同部位所处的位置。
通过这只硅质触手，中岛已经证明，章鱼触手具有某种智力和短期记忆能力。
“软体活动的过程能传达出很多信息。”中岛解释道，“我们能解读这些信息，并利用它控制身体。从某种角度上讲，章鱼就好比是漂浮在水中、没有被包裹的大脑。”
中岛梦想着发明一种全无固定形状的机器人，有点像电影《终结者2》里面的半人半机械型终结者杀手。这样的机器人不会让人类发怵吗？中岛笑着安慰我们说，他会造个看起来很柔弱的机器人，免得别人害怕。
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