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大白“率领”的机器人

2015年03月27日09:26    来源:中国科学报    手机看新闻
原标题:大白“率领”的机器人

 

作为迪士尼与漫威联合出品的第一部动画电影,《超能陆战队》可谓取得了巨大的成功。2015年2月23日,《超能陆战队》斩获第87届奥斯卡“最佳动画长片”奖。截至3月份的第三周,《超能陆战队》全球累计票房正式突破6.2亿美元,超越《驯龙高手2》的6.19亿美元全球票房收入,成为2014年上映动画电影中的票房吸金王。

除了票房上大获成功之外,主角之一的机器人大白也成为媒体和影迷关注的对象。憨态可掬并且温暖治愈的形象设定,让诸多影迷为之倾倒。在故事本身之外,该片中各种机器人也是赚尽眼球。事实上,影片中的医疗机器人、微型机器人以及神经传感控制机器人,正是当下诸多科学家正在努力的方向。

现实版大白

2011 年,《超能陆战队》的联合导演之一Don Hall拜访了Chris Atkeson教授位于卡耐基梅隆大学的实验室,Chris向其展示了当时正在研发的充气手臂,目的是想要创造出一种“柔软而又安全的机器人”——希望将来有一天它能照料老人,比如自己的父母以及以后要老去的自己,如给他们穿衣服等。

导演Don似乎从此次拜访中获得了崭新的灵感,从而将原作中那个巨型变形机器人改造成了后来的大白—— 一个能够陪伴人们的个人医疗保健型充气机器人。影片中的大白可以检测出人们的疾病和受到的伤害,会想尽办法抚慰人们的伤痛。一个温暖的拥抱让许多人感慨万千:好想拥有一个大白。

Chirs表示,虽然机器人专家并不喜欢这些塑造了机器人美好未来的电影,因为那样的生活离我们还很遥远。但是他同时希望人们知道,目前陪伴型个人医疗保健机器人已经能实现大白身上的部分功能,而且他坚信,未实现的那些也指日可待。

从机器人和医疗健康两个领域来分析大白的话,刚好切合目前科技界的两大热点。有报告指出,该市场规模前者预估在2020年将达到10万亿元人民币,后者则是8万亿元。

“糖护士”创始人李承志在采访中告诉记者,移动医疗大家目前习惯称之为MHealth,被定义为“通过移动设备提供医疗服务”。机器人大白从某个角度来看恰恰符合这个定义,相较人工看护,医疗保健机器人显然会大幅降低成本。

他说:“虽然目前大多数移动医疗产品仍是同智能手机绑定在一起的,但是相信一旦机器人产业成熟,现实版大白诞生之日也就不远了。”

据介绍,目前美国和日本都正在开发制造医疗机器人。美国老牌移动医疗公司In Touch Health目前已经实现了美国1万个社区与诊所的互联,作为其战略投资方之一的美国顶级机器人公司iRobot推出了移动机器人平台Ava,已经成功在医疗业运用。通过使用该平台,机器人可以在社区医院、患者家、病房等地方发挥医生替身的作用。而医生通过远程控制机器人,就能够长期跟踪一个患者的生活,监督其生活习惯,为其提供更为彻底的疗程。

而由日本早稻田大学发明的机器人Twendy-One,更加接近大白的设定,其最重要的目标就是模拟人类护工,因此也被视作日本人执著于人形机器人的证据之一。这款机器人的手部极力模仿人类,可以捡起吸管、挤番茄酱,预计在2015年投入使用,用来照顾老人和病人。最大的缺憾是定价昂贵,大概在3000万日元左右,约合人民币155万元。

Kilobot 微型机器人

以小为大的微型机器人

除了大白之外,《超能陆战队》中令人耳目一新的莫过于由小宏发明、后被卡拉汉教授窃取的微型机器人了。小巧的微型机器人通过集中组合,可以自由形成各种形状、组成物体。

以小为大的想法看起来十分巧妙,问题是,这样的奇思妙想能够成为现实吗?

机器人发烧友、某科技网站编辑辛蔚向记者介绍说,事实上,在刚刚过去的2014年,集群机器人(Swarm Robotics)的研发取得了突破性进展。来自哈佛的科学家Radhika Nagpal凭借集群机器人入选英国《自然》杂志评选出的2014年度十大人物,而她的代表作正是1024只名叫Kilobot的微型机器人。

Nagpal的想法最初源自生物界。自然界存在很多群集性昆虫,比如蜜蜂、蚂蚁。即使没有领导者,这些生物在大群体中仍然可以共同合作,完成很多复杂的工作。她希望把这样集群工作的方式嫁接到机器人身上。

Nagpal在哈佛和Michael Rubenstein以及Christian Ahler共同开发了一款名为Kilobot的小机器人。每个Kilobot有一美分硬币大小,配备有一个微型处理器、一个红外传感器,并使用振动式马达来移动。每一只Kilobot都具备两种运动模式,并且能与其他机器人进行通讯交流——前提是二者的间距不超过10厘米(也就是相隔6个Kilobot)。这些机器人之间彼此通过红外线进行交流;红外线也是Kilobot和主控台进行交流的方式,由主控台直接告知机器人运行何种程序。能够同时向所有机器人发出无线程序指令是Nagpal团队设计的主要优势。其他许多指令也是可以规模化执行的,包括电源开关及充电。

一旦通过红外LED的脉冲与周围的“伙伴”取得联系,Kilobot们高跷的“腿”便可以通过轻微的振动来移动。得到指令之后,1024个Kilobot便可以展开分工合作。根据Nagpal团队发布的视频来看,他们能自行组成星星、扳手和字母“K”的形状。

在此之前,机器人集群的组成个数不超过100个,主要原因是机器人昂贵的造价,大部分关于集群机器人的研究只能依靠计算机的模拟;但Kilobot的造价仅有14美元。辛蔚告诉记者,如果未来Kilobot考虑借助3D打印技术的帮助,生产成本有可能进一步降低。

Kilobot的项目负责人之一Michael Rubenstein曾在接受媒体采访时表示:“它们可以自动变换形状来适应当前的任务,你甚至可以让他们构建出其他机器人。” 或许正如辛蔚所言,如果说在《超能陆战队》上映之前人们还难以想象他说的是什么,如今影片中那些颇具冲击力的场面正是答案。

电影中,卡拉汉用意念控制微型机器人。

用意念控制机器人

《超能陆战队》中反派卡拉汉教授利用微型机器人上山下海,小宏和大白以及小伙伴们抢夺卡拉汉的面具,原因是“神经传导器”在里面。没了神经传导器,卡拉汉就会失去对微型机器人的控制。

用意念控制机器人早已不是“遥远”的梦想。20世纪科学家们通过实验发现大脑能够产生有规律的电波,于是有了“脑机接口”方面的研究,试图通过脑电波来控制外部设备。

但与电影中的应用方式不同,目前神经控制机器人中最值得关注的发展和应用,主要体现在义肢上。

2014年巴西世界杯开幕式上,巴西瘫痪少年平托借助脑控外骨骼开球,给全世界留下了深刻的印象。作为国际“再次行走计划”的一个研究成果,该脑控外骨骼利用机动化金属支撑结构支撑少年的大腿,同时帮助他的大腿弯曲。在设计上,这款外骨骼由植入头皮或者脑内的电极探测到的大脑活动控制。信号通过无线方式传输给佩戴者身上的一台电脑,电脑负责将信号转化成具体的动作。

特别值得注意的是,研究小组为该外骨骼安装了一系列传感器,负责将触感、温度和力量等信息反馈给佩戴者。外骨骼由大脑活动控制并将信息反馈给佩戴者,是世界首次。

虽然神经控制机器人技术尚未大范围普及,但是对于患者来说仍然是个巨大的福音。但如果要在更广的层面上推广,李承志提醒说:“伦理层面上可能需要更多的讨论。”(张晶晶)

(责编:王凤一(实习生)、马丽)


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