如今，外科醫(yī)生在給病人做手術(shù)時(shí)，病人對手術(shù)儀器可以沒有感覺。類似的，也有來自世界各地在核設(shè)施周圍工作的人員，利用遠(yuǎn)程控制器來控制機(jī)器手臂操作放射性物質(zhì)，從而不用直接接觸它。幾乎對于每一個從事有機(jī)器人幫助的體力工作人員來說，麻痹似乎已經(jīng)成為一個折磨著他們的大規(guī)模性傳染病。這些工作人員有來自阿富汗的未爆彈處理專家，也有剛登上國際空間站的宇航員。

 

　　與其說這是個生理問題，不如說它是個機(jī)械問題。隨著機(jī)器人廣泛應(yīng)用，尤其是在高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下應(yīng)用的日益普及，遠(yuǎn)程遙控的優(yōu)勢正日益凸顯。然而，大多數(shù)機(jī)器人卻不能感覺到他們所接觸的東西。這促使機(jī)器人使用者開始改變機(jī)器人的本能，并用不變的視覺信號來替代一些簡單的觸覺信號（例如兩個指尖的輪廓線）。于是，便產(chǎn)生了研究者們所謂的“增加的認(rèn)知負(fù)荷”。正是因?yàn)檫@樣，使用者一定會積極地認(rèn)為，他們布置給機(jī)器人的無數(shù)個小任務(wù)都是很簡單的。當(dāng)我們在處理那些時(shí)間緊迫的問題時(shí)，例如當(dāng)病人正在大量失血，或者路邊的一個炸彈亟待拆卸，我們所承擔(dān)的附加責(zé)任就會變得幾乎不能承受。而如今，研究者都希望通過制造有觸覺的機(jī)器人來減輕這些認(rèn)知負(fù)擔(dān)，并盡可能讓所有的機(jī)器人都變得更加高效。人們稱這種技術(shù)為觸覺技術(shù)，它代表了機(jī)器人領(lǐng)域中最具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)。然而，隨著新的感應(yīng)器和反饋系統(tǒng)走出實(shí)驗(yàn)室，投入應(yīng)用，觸覺技術(shù)竟碰巧成為這個領(lǐng)域中最有前景的技術(shù)。
 

 

　　傳感反饋：有效震蕩和加重干擾的分界線

 

　　觸覺技術(shù)是關(guān)于機(jī)器通過接觸進(jìn)行通訊的技術(shù)。作為傳感反饋技術(shù)的核心，觸覺技術(shù)既能指代一個能夠操縱機(jī)器人遇到障礙物時(shí)停下的操縱桿，也能指代一個顯示有虛擬鍵盤的觸摸屏。震蕩是傳感反饋?zhàn)畛Ｒ姷囊环N形式，而讓已經(jīng)靜音的手機(jī)在來電時(shí)震動則是它最常見的應(yīng)用。

 

　　把這個概念應(yīng)用到機(jī)器人身上似乎有些直接。當(dāng)一個外科手術(shù)機(jī)器人，如Intuitive Surgical公司的達(dá)芬奇系統(tǒng)，在其操縱器接觸到一個病人的器官時(shí)，為什么不能用嗡嗡聲來給操縱器發(fā)射信號呢？“你并不希望外科醫(yī)生的手震動起來。”劍橋研究發(fā)展中心馬塞諸瑟州的首席執(zhí)行官Ken Steinberg說道。劍橋研究發(fā)展中心前段時(shí)間剛剛測試完外科機(jī)器人里的傳感設(shè)備。因?yàn)樗麄兊氖忠呀?jīng)裝上了控制器，所以能夠控制病人體內(nèi)的操縱器。外科手術(shù)醫(yī)生告訴Steinberg說，連續(xù)不停的震動至少會讓你分心，如果震動過大，還會讓你的手指麻木。“人類的身體絕對不能接受震動，”Steinberg說道，“神經(jīng)會隨著過強(qiáng)或者過弱的震動而失去作用。隨著時(shí)間的增加，它就會讓你感到憤怒。”

 

　　劍橋大學(xué)研究發(fā)展中心的解決辦法是減小嗡嗡聲。他們認(rèn)為嗡嗡聲越小，人們就越不會感到心煩意亂。他們最近退出了新產(chǎn)品Neo，這是一款帶有頭巾的直線驅(qū)動器。不同于大多數(shù)做圓周運(yùn)動的驅(qū)動器，它能夠上下移動。當(dāng)達(dá)芬奇系統(tǒng)的儀器或者操縱器同任何事物聯(lián)系時(shí)，Neo的小觸感器（一個能夠傳輸使用者皮膚上壓力和震動的微型傳感器）會推擠外科醫(yī)生的頭。使用直線驅(qū)動器能夠讓觸覺反饋每分鐘都進(jìn)行調(diào)整——有反映控制器擦碰到器官的羽毛狀的癢感，以及反映縫合處受到擠壓的明顯的拍打感。

 

　　為了測試反饋信息的有效性，一個外科醫(yī)生使用Neo進(jìn)行了一場模擬手術(shù)。這場手術(shù)需要他抓住病人的血管，而這卻是外科醫(yī)生在使用傷害性最小的機(jī)器人做手術(shù)時(shí)盡量避免的，因?yàn)檫@樣做手術(shù)很有可能會刺破病人的血管或者給病人機(jī)體造成損傷。“我們決定展示在做手術(shù)時(shí)，我們握模擬血管的力度可以有多輕，從而借此來說明機(jī)器人在做手術(shù)時(shí)出現(xiàn)偏差和壓破血管的可能性是有多小，”Steinberg說。“我們蒙住外科醫(yī)生的眼睛，并讓他使用機(jī)器人來握住模擬血管（一根稻草充當(dāng)?shù)模⒆屗诟惺艿降静莺缶筒灰獎恿恕?rdquo;當(dāng)醫(yī)生感覺到稻草后，機(jī)器人就會立刻停下，這樣Steinberg就能確定器官不會受到任何損傷。我們能夠觀察到達(dá)芬奇標(biāo)準(zhǔn)反饋，是因?yàn)橛?D高分辨率顯示器，而這只是對傳輸性感觸技術(shù)所需投入的管中一窺。試想一下，如果把這性技術(shù)真正投入應(yīng)用，又需要我們投入多少資金和技術(shù)呢？“如果把這項(xiàng)技術(shù)投入使用，安裝費(fèi)只需幾百元而非幾十萬。我們認(rèn)為，在接下來的幾十年里，我們能夠找到辦法來解決它。”Steinberg說。

 

　　雖然劍橋大學(xué)研發(fā)中心想批準(zhǔn)像Intuitive Surgical這樣的公司使用這項(xiàng)技術(shù)，但是一項(xiàng)更傳統(tǒng)的觸覺反饋技術(shù)已經(jīng)讓這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)入了手術(shù)室。RIO機(jī)器人是專用于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)手術(shù)的機(jī)器人。一個整形醫(yī)生在做手術(shù)時(shí)想引導(dǎo)這個機(jī)器人，但是RIO在手術(shù)開始前就已經(jīng)知道怎么做了——根據(jù)病人之前所拍的CT，它已經(jīng)對整個手術(shù)過程有了清晰的了解。因此，如果人類外科醫(yī)生在做手術(shù)時(shí)出了錯，或者用力過大，RIO就會應(yīng)用“觸覺反饋”。這項(xiàng)技術(shù)的名字是Mako Surgical公司福羅里達(dá)州分公司取的，它的另外一個名字叫“力量反饋”，它能夠阻止使用者繼續(xù)使力。

 

　　如果機(jī)器人設(shè)計(jì)成能夠自動對觸覺反饋?zhàn)龀龇磻?yīng)，那么觸覺技術(shù)就會變得更有效率。

 

　　但是，力量反饋并不能解決所有問題。當(dāng)RIO外科機(jī)器人能夠在一個清晰劃分的區(qū)域內(nèi)把信息反饋給使用者時(shí)，類似于RIO的機(jī)器人卻已經(jīng)在2010年墨西哥灣漏油和2011年福島核電站核泄漏這樣的事件中做出反饋，并在這些不可預(yù)測的情況產(chǎn)生的混亂中引導(dǎo)人們。研究者們必須改變研究方向，給以上這些工作環(huán)境中的操作者提供更多便利。他們的任務(wù)包括通過監(jiān)測器在漆黑的石油內(nèi)觀測來擰動扳手或門把手，或者因輻射程度提高而產(chǎn)生的電離效應(yīng)時(shí)發(fā)光閃動。

 

　　除了研究如何將觸覺以一種更有意義，更少干擾的方式來傳遞給使用者這個問題外，像SynTouch洛杉磯分公司這樣的公司則是將目光專注于機(jī)器本身。如果一個機(jī)器人知道它觸碰的是什么，為什么不根據(jù)它所觸碰的東西來來做出相應(yīng)的反應(yīng)呢？SynTouch公司生產(chǎn)的BioTac感應(yīng)器能夠模仿人指尖的動作，探測力量，震動和溫度。通過把這三項(xiàng)輸入信號結(jié)合，裝備有BioTac的機(jī)器手就可能把玻璃從金屬中分辨出來（根據(jù)溫度來調(diào)控）。但是由于使用者是人，所以機(jī)器人就能夠很很便利地得到，并且充分利用信息。

 

　　根據(jù)SynTouch公司的創(chuàng)始人和老板之一的Matt Borzage，這只是一個速度問題。“有人在時(shí)，機(jī)器手在握住東西時(shí)需要每秒做出成千上萬種調(diào)整。如果它開始打滑，機(jī)器手就會對大腦發(fā)出信息，并接收大腦的指令。然而，這一過程所花費(fèi)的時(shí)間太長，因此脊髓是同手臂連接的。”Borzage說。機(jī)器手若想達(dá)到像人類一樣的精準(zhǔn)度，并且一直避免亂動，就得獨(dú)自行動。如果機(jī)器人一直等待收取操作者的觸摸信號，然后對信號加工，再發(fā)出指令，這樣的機(jī)器人就是一個遲鈍笨拙的失敗品。“這也是我們需要在機(jī)器手能夠進(jìn)行一些低級的條件反射（如模仿脊髓水平的條件反射）的原因。”Borzage說。

 

　　影之手是世界上最靈巧的機(jī)器手，其制造者采用了這種基于反射層面的方法。“遠(yuǎn)程操控沒有比采用復(fù)雜感測系統(tǒng)更好的辦法了，因?yàn)槟悴荒馨研畔⒂謧骰亟o操作者。”Shadow Robot公司的總經(jīng)理Rich Walker說道。“你希望數(shù)據(jù)能夠直接由機(jī)器人詮釋出來，而不是原封不動的發(fā)回給人。”Shadow Robot公司倫敦分公司同SynTouch公司緊密合作，制造出了一款影之手BioTac工具箱，它能幫助研究型顧客將這系統(tǒng)同指尖傳感器整合起來。但若想把加強(qiáng)型觸覺技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中，如原子能設(shè)施物料管理員使用的機(jī)器人，那么一個聰明，敏捷的操縱器則是比一個擁有觸覺反饋系統(tǒng)的機(jī)器人更具有可行性。

 

　　觸覺技術(shù)可能最終會帶給機(jī)器人一種很強(qiáng)烈的“自我感”

 

　　相對于現(xiàn)代的機(jī)器人，傳統(tǒng)的觸覺機(jī)器人已經(jīng)被淘汰了，但這樣說是不公平的。如果一定要在二者之間找出什么區(qū)別的話，現(xiàn)代的機(jī)器人更高級了。因?yàn)楝F(xiàn)代機(jī)器人不光有觸覺，而且能把感覺跟人類分享。Kinova Systems蒙特利爾分公司現(xiàn)在研發(fā)操縱桿控制JACO鉗式手臂的升級版觸覺型機(jī)器人。這款機(jī)器手能放在輪椅上，供上半身行動不便的殘疾人抓取并操縱物體，并且能讓接觸者感到很舒服。機(jī)器手完成這一切都是通過三個獨(dú)立的，欠驅(qū)動“手指”來完成的。研究的第二個階段就是把反饋信息反饋給操縱者，可能是通過一個機(jī)器手或者頭巾來完成。要完成這個過程，首先要讓機(jī)器手能夠感覺并識別他們觸碰的物體，并對其作出相應(yīng)的反應(yīng)。比如碰到一杯水，它就會水平地握著。只需足夠的力道，就能夠保持這種姿勢，以免捏破玻璃杯。

 

　　換句話說，觸覺技術(shù)也許最終能夠幫助機(jī)器人進(jìn)步。如果像劍橋研發(fā)中心，Syntouch和Shadow Robot這樣的公司能成功吸引機(jī)器人領(lǐng)域的主要玩家——那些將自己公司生產(chǎn)的系統(tǒng)應(yīng)用在醫(yī)院里，油井下，以及世界各大戰(zhàn)場和災(zāi)區(qū)的公司——那么這些機(jī)器就更不需要監(jiān)視了。因?yàn)闄C(jī)器人會在扳手掉入石油里之前就把它給擰好，或者在炸彈的一團(tuán)線中剪斷其中的一根。我們就稱它為開心的事故吧：在制造能夠傳輸觸感并且容易控制的機(jī)器的過程中，機(jī)器人專家首先要制造出能夠更好的進(jìn)行自我控制的機(jī)器。

 

　　原文：The Sensitive Robot