機器手

     柏林時間4月19日和20日，德國調研組分別走進了卡爾斯魯厄理工學院（以下簡稱“KIT”）機器人實驗室和位于斯圖加特的弗勞恩霍夫協會。當國內產業界正熱衷推行“機器代人”計劃時，調研組在這些德國頂尖的研究機構中卻看到了另一番景象：機器人正通過肢體、視覺、觸感等方式與人進行密切交流“對話”，高度智能的機器人甚至可以取代醫生施行手術。

    之前，取代簡單勞動是大家對機器人一種慣有印象，而醫生則是一個被視為需要接受長時間訓練的專業職業，德國正在研發的手術機器人真的會讓醫生失業？

    能隨人一起運動的機器臂

    KIT是德國第一批精英大學的三所高校之一。這所擁有9000多名教師的高校也是德國一個國家級的大型研究中心，曾培育出多名諾貝爾獎獲得者，其中知名的物理學家赫茲便出自該校。目前，機器人研發是該校一個跨專業研究的重點。實驗室負責人Jrg Raczkowsky博士表示，他們正在從事通過人機交互界面、擬人化的機械手等方式，讓機器人可實現多種適應性調整。

    在實驗室里，有一臺重達數十斤的機器臂，調研組試著用手輕輕一推，機器臂馬上順著人手的方向靈活移動。整個推動過程就像“牽”著小孩的手，機器臂能即時隨著人手進行上下左右移動。同時，機器臂還會因力的大小有不同反應。往左用力一推，機器臂就會隨之往左移動一段更長的距離。

    從精密的焊接到沉重貨物的搬運，工廠中的機器人隨著技術的改進越發智能。但人工智能發展的背后，機器傷人事件卻并沒有因為技術研究和實踐的深化得以杜絕。2015年7月，德國卡塞爾市的大眾汽車廠發生一起機器人傷人事故，一名21歲的外包工人在工作中忽然受到機器人的撞擊擠壓而受傷，最終傷重不治。

    要避免機器傷害人，首先要建立起兩者的“對話”。“通過這種力學傳感，人可以很方便地控制機器人，也同時避免發生人機碰撞事件。”該項目負責人介紹。

    相較于普通以編程控制的機器人，這個機器臂因為加裝了力學感應裝置被賦予“生命”。在它的“思維”中，不再只有設定好的程序路徑，而是隨時可以通過外部數據轉換與人進行“肢體接觸”，發出不同的力學反饋。

    不僅如此，部分機器人甚至都學會了“讀心術”。一臺看似普通的機器臂正按預設程序向左緩緩移動，當一個物體忽然出現在它前方幾厘米處時，沒有“眼睛”的機器臂卻仿佛看到了一樣，馬上停了下來，頓一頓，開始往回縮。

    “這是通過電磁感應和人進行交互的機器人。”該項目負責人介紹，在機器手上裝有8塊電磁傳感器，能根據不同方位的磁場強弱，準確分辨出物體的位置、大小和方向。尤其在不規定物體的抓取上，相比普通機器人，它能更好地感受物體表面的曲線分布。

    同時，這種電磁的應用還能讓操作者真實感知到機器人的感受。只要握著力學傳感器，操作者就像坐在機器人體內，能感應到機器碰觸物體后發生的反彈和沖擊，“尤其在像高溫等不適宜人類進入的環境中，這種遠程控制能發揮很大作用。”該項目負責人介紹。

    “有眼睛能定位”的機器人

    在KIT的實驗室里，這種人機互動的研究無處不在。除了有擬人的“手臂”外，調研組還發現了“長著眼睛”的機器人。在視覺系統研究區，一只大型“蜘蛛”正通過身上的攝像頭尋找目標。鎖定“獵物”后，“蜘蛛”迅速移動到物體前面，伸出兩只長長的“手臂”，熟練地進行焊接。焊接完成后，它撤走自己的手臂，縮回原處繼續“搜尋”下一個目標。

    給機器人裝上“眼睛”，是為了讓機器更靈活地協助人進行各類產品的生產。曾在南京郵電大學學習，之后赴KIT留學的華人研究人員華迎冰向調研組介紹，項目設計的初衷是為了解決一種LED元器件的焊接問題，“這種器件非常小，精度要求高，只有熟手技術工人才能進行焊接。”華迎冰說，但由于每年只生產一兩萬件，相當于熟手工人兩三個月的工作強度，項目的研究就是為了解決這一矛盾。

    如果說KIT對于機器人的研究仍屬于實驗室里的技術，那么弗勞恩霍夫協會旗下的工業4.0應用中心則將各種新技術應用到了生產領域。德國弗勞恩霍夫協會是歐洲最大的應用科學研究機構之一，也是德國工業4.0戰略的發起單位。從2015年開始，該協會就在斯圖加特設立了工業4.0應用中心，探討實現工業4.0的路徑。柏林時間4月20日上午，南方日報德國調研組一行來到這個中心，見到了已經應用到生產場景中的機器人技術。

    研發車間內，研發人員Biltin拿出一個流水線上裝螺絲釘的黑色盒子。但與其他盒子不同的是，這個盒子增加了一個帶有攝像頭的傳感器。“攝像頭有點類似于盒子的‘眼睛’，攝像頭可以看到盒子里空間情況，如果有很多黑色，說明盒子快空了。”Biltin說，此時，它就會發出信號，提示需要進行物料補充。當供應商收到這個信號后，就知道自己趕緊要去送貨了，要不然明天就沒有了，或者下一班就沒有了。

    換作以前，傳統工廠往往需要雇傭工人來“照看”各種生產物料的庫存情況，及時補貨，以維持正常的生產秩序。這種模式的信息鏈條往往較長，需要多個環節來完成。如今只需一個信號就可實現。

    機器人將“站”上手術臺？

    從力學感知到視覺觀察再到磁場感應，在KIT的實驗室，機器與人開始建立起多種方式的“交流”。但如果你以為這些機器人只能用于工業生產場景中，那就錯了。KIT還搭建了一個“手術室”，在這里，由三個感知系統共同組合的機器臂或許會讓醫生這一職業面臨失業的危險。

    從KIT的實驗室出來，調研組跟著實驗人員走進地下一樓的KIT“手術室”。空間不算寬敞，有著手術室常見的綠色幕布，一個正待做手術的假人躺在手術臺上，但圍繞它的并不是醫生，而是一臺臺輕型的庫卡機器臂。它們正上下左右靈活地移動著，協助主刀醫生共同完成一臺手術。

    華迎冰介紹，每個機器臂的“關節”中都布滿了力學傳感器，可以輕巧地隨著人的動作進行精密的運動。同時每個力學傳感上還配備了7個軸向，其中6個軸向在運動時會進行3D數據的采集，而第7個軸則讓機器臂能進行更靈活的動作，“例如左邊行不通就會馬上改道右邊。”項目負責人說。

    機器人的“眼睛”則放在了“手術室”的頂上。密密麻麻的攝像頭正進行各種圖像的視覺處理，不同的數據在手術室的屏幕外來回滾動，再及時傳導至機器臂中指揮它的下一步行動。

    除了力學和視覺外，電磁感應也在“手術”中得到應用。介紹中，另一名負責人舉起了一個布滿“觸角”的球狀棒體，這一個能替代手術刀的機器人，可以更方便進入病人體內進行手術。

    該負責人介紹，坐在手術室外的操作者，既不需要直接接觸病人，也不需要直接操控機器人。只要握著一個力學反饋傳感器，通過電流的傳感，操作者就能清晰地“觸摸”到病人皮膚的張力、血液的流動等，對手術進行遠程“搖控”。