10 月 27 日消息，人類最復(fù)雜的生物機械 —— 手，至今仍是機器人領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的未解難題。如果工程師能夠攻克這一難關(guān)，如今在實驗室中逐漸成形的機器人，或許很快就會成為未來工廠車間里的尋常景象。
全球的機器人工程師正在迎戰(zhàn)人工智能與機械工程領(lǐng)域中最艱巨的前沿課題之一：制造出功能接近人手的機械手。盡管人形機器人已能行走、負(fù)重和保持平衡，但缺乏靈巧且具備豐富感知能力的手部，仍然是其大規(guī)模應(yīng)用于工廠及其他工作場所的主要障礙。
研究人員表示，目標(biāo)并非僅僅讓機器人看起來像人，而是要創(chuàng)造出能夠執(zhí)行精細(xì)、精準(zhǔn)動作的機器，從而勝任絕大多數(shù)需要技能的勞動任務(wù)。特斯拉的人形機器人 Optimus 正是當(dāng)前最受矚目的攻關(guān)者之一。摩根士丹利估計，一旦突破這一技術(shù)瓶頸，到 2050 年有望撬動一個價值高達 5 萬億美元（注：現(xiàn)匯率約合 35.64 萬億元人民幣）的全球市場。
“要想擁有一臺真正實用的通用型機器人，你就必須擁有這樣的手，”埃隆?馬斯克（Elon Musk）在接受《華爾街日報》采訪時指出，“你必須擁有一雙不可思議的手。”
盡管 Optimus 目前已能雙足行走，但馬斯克坦言，設(shè)計出類人雙手所面臨的工程挑戰(zhàn)遠(yuǎn)比實現(xiàn)雙足行走復(fù)雜得多。
在美國西北大學(xué)機器人與生物系統(tǒng)中心（Center for Robotics and Biosystems），研究人員正通過一項聯(lián)邦資助的項目，致力于開發(fā)高度敏感、柔韌靈活的機器人手。該項目聯(lián)合團隊負(fù)責(zé)人之一凱文?林奇（Kevin Lynch）表示，他們的目標(biāo)是在十年內(nèi)實現(xiàn)足以完成基本類人任務(wù)的靈巧操作能力。
要理解其中的復(fù)雜性，不妨看看林奇實驗室中的原型機。該機器人手基于英國 Shadow Robot 公司設(shè)計的模型打造，其動力來自安裝在咖啡罐大小圓筒內(nèi)的緊湊型電機。指尖配備了觸覺傳感器，通過測量人工皮膚下液體電學(xué)特性的變化來感知接觸。當(dāng)手指觸碰到物體時，這些傳感器將物理變化轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，模擬出真實的觸覺反饋。
研究生研究人員通過簡單的訓(xùn)練任務(wù) —— 如堆疊圓環(huán)、抓取立方體或引導(dǎo)小型物體 —— 來教授機器人手部協(xié)調(diào)能力，并收集數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練機器學(xué)習(xí)算法，使其性能隨時間不斷提升。林奇表示，未來的版本還需在手指側(cè)面和手掌部位集成更多傳感器，以實現(xiàn)諸如用鉛筆寫字等更精細(xì)的操作。
也有研究者開始質(zhì)疑機器人手是否必須模仿人類形態(tài)。哥倫比亞大學(xué)機械工程教授馬泰伊?喬卡利耶（Matei Ciocarlie）研發(fā)了一款四指機械手，僅憑觸覺即可識別物體的形狀與質(zhì)地，從而彌補視覺系統(tǒng)的不足。這款手能夠輕柔地托住脆弱物品（例如紙制圓筒），但仍會出現(xiàn)滑落或掉落的情況。
波士頓動力公司（Boston Dynamics）則為其實驗性人形機器人 Atlas 采取了另一種路徑。最新版 Atlas 的手部配備三個可重構(gòu)手指，能夠變形為類似拇指的抓握結(jié)構(gòu)，或展開成寬大槳狀的手掌。公司發(fā)布的視頻顯示，該機器人能夠舉起汽車零部件、平衡啞鈴并抓取小型物體。
負(fù)責(zé)該項目機器人行為與 AI 戰(zhàn)略的阿爾貝托?羅德里格斯（Alberto Rodriguez）表示，設(shè)計過程中必須持續(xù)在力量、靈活性、纖細(xì)度和耐用性之間尋求平衡。
“我們不能推出一個過于脆弱、性能低下的夾持器，畢竟這臺機器人被設(shè)計用于搬運重物、快速移動，”他說。
并非所有工程師都認(rèn)為類人手具有必要價值。總部位于舊金山的 MicroFactory 公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官伊戈爾?庫拉科夫（Igor Kulakov）更傾向于采用簡單、工業(yè)化的解決方案。該公司售價 5000 美元的機器人配備兩條機械臂：一條通常裝配專用工具，另一條則使用兩指夾鉗固定零件。這種配置能夠以遠(yuǎn)低于復(fù)雜人形機器人的成本，完成焊接電路板、擰螺絲、剝離保護膜等關(guān)鍵制造工序。
盡管已有進展，工程師們?nèi)悦媾R嚴(yán)峻的材料科學(xué)挑戰(zhàn)。Shadow Robot 公司總監(jiān)里奇?沃克（Rich Walker）指出，當(dāng)前制造業(yè)尚難以復(fù)制諸如自愈皮膚或自潤滑關(guān)節(jié)等基礎(chǔ)生物特性，產(chǎn)品工程層面仍有重大障礙待克服。
推動人手仿生技術(shù)發(fā)展的背后，是更廣泛的經(jīng)濟現(xiàn)實：制造業(yè)與護理行業(yè)正面臨日益嚴(yán)重的人力短缺問題。領(lǐng)導(dǎo)該項研究聯(lián)盟的西北大學(xué)機械工程教授艾德?科爾蓋特（Ed Colgate）表示，提升機器人靈巧性或?qū)⑹怪行⌒推髽I(yè)在自動化工具的獲取上，不再受制于大型企業(yè)所壟斷的技術(shù)壁壘。
“它可能會催生全新的、有吸引力的工作崗位，”他說，“這正是我們投身于此的原因。”
