- 传感器让机器手无限趋近人手
- 来源:赛斯维传感器网 发表于 2014/4/26
扫地机器人、宠物机器人、护理机器人——各种各样的机器人越来越多,机器人成功走入人们日常生活。正在开发的人型机器人被视为机器人的终极形态,将来很可能会用于护理、家务、保安、工业等诸多场合。
在实现人型机器人的过程中,机器人“手”的进化是关注的焦点。为了实现具备触觉、力觉等感觉逼近人手的机器手,相关开发也在不断推进之中。
视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉。在人类的五感中,视觉、听觉、嗅觉可以利用现有的传感器技术弥补,敏感程度甚至能够超过人。机器人无需进食,所以味觉可以排除在外,但对于触觉,有看法认为,利用现有的技术还无法超越人类。因为技术人员虽然可以在机器人的指尖安装传感器,使其局部具备触觉,但是,使整只手的表面覆盖传感器和布线的技术,以及像人类那样根据触感的柔软程度和形状调整力量还很难实现。
为机器人赋予触觉——东京大学与日本产业综合研究所、日本大型印刷电路板企业Mectron从四年前开始合作开发这一项目。
“要想实现人与机器人的共存,必须依靠触觉”,Mectron NB策划部的木村泰介强调说。因为机器人如果没有触觉,“就可能伤及接触对象。而且,机器人本身也注意不到伤害”。
用1000个传感器检测压力
合作开发的成果,是能够粘贴在曲面上使用的“柔性触觉传感器”。笔者在采访中看到了相关演示,人体模特的手上粘满了传感器,仅一只手上,传感器的数量就达到了1000个。人体模特的手显示在电脑屏幕上,与满是传感器的手一接触,屏幕上就能看到相应的接触点被点亮,对于不同大小的压力,点亮的颜色也不同,例如压力强的地方呈现红色、压力弱的地方呈现绿色。如果将人类握手时感受到的压力“可视化”,估计也是这样的感觉。现在能够检测的压力范围是每平方厘米10克至数千克。
Mectron等开发的能够检测压力的“柔性触觉传感器”,可以粘贴在机器人的手上使用。
柔性触觉传感器上使用的是0.35mm×1.1mm的薄片状微型传感器,在手掌以4mm为间隔、在指尖以2mm为间隔排列。其特点是容易贴合曲面,在弯曲较多的部位也可以准确检测压力。
把这种触觉传感器贴在机器人的手上,机器人就能够判断出是否有物体接触,以及抓握的物体硬度。这种触觉传感器计划在2014年内投产,开发人型机器人的机构已经表现出了浓厚的兴趣。
尽管如此,要实现人手那样的程度仍非常困难。要想利用传感器完全重现人手,传感器排列的间隔要缩小到1mm,这就需要更小、更薄的传感器,成本也会水涨船高,因此,实用化还存在相当大的难度。
机器人能抓起豆腐吗?
除了需要触觉传感器进化以外,还有许多其他课题。
2013年,在东京举办的国际食品工业展“FOOMA JAPAN 2013”上,出现了一台有趣的机器人。这是能够在生产流水线上完整抓取豆腐的机器人,开发商是经营豆腐生产设备的LANDS WORK(名古屋市)。笔者见到的是用4块铁板从侧面轻轻抓起豆腐的机器,它用影像确认豆腐的方向,用不会破坏豆腐的力量将其提起。
那么,与此类似的人型机器人的五指能否做到?
在产综研从事机器人开发等工作的数字人体工学研究中心副主任加贺美聪指出,“抓取(豆腐那样的)柔软物体非常困难”。举例来说,人在抓取豆腐的时候,为了防止豆腐破碎或滑落,会下意识地调整力度。而用只能检测接触程度的触觉传感器,无法实现这种感觉。虽然像LANDS WORK那样使用四块铁板可以实现,但是,五指型机器手要想完成相同的操作,在技术方面还面临诸多课题。机器人或许不需要具备烹调豆腐的能力,但就现有技术而言,抓取豆腐可以说是机器手的极限。因为人手拥有着现有技术无法实现的“感觉”。
除了抓握柔软物体,机器人还有一样不擅长的事情是用手摸索。
美国国防部高级研究计划局(DARPA)曾举办过一场比赛,让机器人从包中取出十样物品,速度快者为胜。参赛的机器人事先并不知道包中放的是什么。
结果,大多数机器人没能取出所有的物品。这意味着什么呢?加贺美表示,如果事先指定物品的种类,机器人能够取出7~8成的物品。但是,如果事先不告知,机器人就不知道“应该取出什么”、“应该用多大的力道抓握接触到的物品”、“应该用多大的力拿起”。
机器手的进化不仅需要传感器技术,还需要AI(人工智能)、影像识别等软件技术的进化。不过,“在最近几年,AI领域的开发进展迅速,机器人越来越聪明。与之相比,机器手的进化却还非常缓慢”(加贺美)。美国等地如今也在通过产官学合作来开发具备通用性的机器手。
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