傳感器賦予新一代工業(yè)機(jī)器人視覺和觸覺

      在人工智能領(lǐng)域，要想讓機(jī)器人像人類那樣熟練地抓取物體，機(jī)器人的觸覺是機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。近日，美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)的計(jì)算機(jī)團(tuán)隊(duì)就在訓(xùn)練名叫“Baxter”的機(jī)器人練習(xí)抓握，并通過不斷試錯(cuò)來進(jìn)行觸覺反饋，致力于研發(fā)出一款視覺和觸覺結(jié)合處理的新一代工業(yè)機(jī)器人。
      該機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)抓取動(dòng)作依靠的是手臂末端名叫Fingervision的抓手，F(xiàn)ingervision是用桌面級(jí)3D打印機(jī)所打印的夾持器，外部有一層透明的硅膠套，硅膠套上附著了許多用于其檢測(cè)的黑點(diǎn)，當(dāng)Fingervision抓取物體時(shí)，硅膠表面的黑點(diǎn)就會(huì)發(fā)生形變，通過內(nèi)置小型攝像機(jī)捕捉這些黑點(diǎn)區(qū)域的形變特征，進(jìn)而Fingervision做出判斷并做出相應(yīng)的抓取反應(yīng)。
      此外，這款機(jī)器人用到了AI的自學(xué)習(xí)技術(shù)。Baxter將Fingervision所收集到的視覺和觸覺信息發(fā)送到一個(gè)類似人腦的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將處理后的圖像與世界上最大的圖像識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)ImageNet中的圖像交叉比對(duì)后，發(fā)現(xiàn)這款機(jī)器人識(shí)別精度比僅使用圖像數(shù)據(jù)的機(jī)器人提高了10%。
      目前，F(xiàn)ingervision能夠通過觸覺感知物體是否滑動(dòng)從而控制握力，從而完成一系列抓取的動(dòng)作，例如，剝香蕉皮。在接觸到熟悉的物體時(shí)，F(xiàn)ingervision會(huì)牢牢抓住物體，而碰到不熟悉的物體時(shí)，F(xiàn)ingervision會(huì)將手臂挪開。
      除了卡耐基梅隆的Fingervision之外，還有一些大學(xué)也在研究機(jī)器人的觸覺抓手，比如，康奈爾大學(xué)和英國(guó)格拉斯哥大學(xué)。康奈爾大學(xué)于2016年研發(fā)的機(jī)械手也能抓取物體，感知物體形狀和材質(zhì)。與Fingervision不同，康奈爾大學(xué)的這款觸覺機(jī)械手采用的是光信號(hào)傳導(dǎo)的方式實(shí)現(xiàn)觸覺感知。該機(jī)械手外形是柔性充氣狀手指，每根手指內(nèi)部都使用了光學(xué)材料。當(dāng)機(jī)械手觸摸物體時(shí)，由于外部變形，導(dǎo)致光學(xué)材料隨著彎曲，改變光信號(hào)的傳導(dǎo)，進(jìn)而機(jī)械手獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，確定被觸摸物體的相關(guān)信息。在確定搜集到的數(shù)據(jù)之后，該機(jī)械手就可以確定抓取方式。
      而英國(guó)格拉斯哥大學(xué)研究的是一種仿生皮膚，將該仿生皮膚包裹在機(jī)械手上可以讓機(jī)械手擁有觸覺。據(jù)該研究的工作人員稱，這款仿生皮膚由一層石墨烯制成，它本身就是一個(gè)觸覺傳感器，因?yàn)槭┎牧夏軌蛲ㄟ^仿生觸覺傳感器快速感知微小的變化。另外，由于這種仿生皮膚每平方厘米只需要20 n W的功率，所以在石墨烯皮膚下有一塊太陽(yáng)能電池板，可以給該仿生皮膚提供電能。
      如果卡耐基梅隆的Fingervision、康奈爾大學(xué)和格拉斯哥大學(xué)的觸覺裝置研發(fā)一旦成熟，那么它們能夠讓機(jī)器人在感知領(lǐng)域上更進(jìn)一步。或許就像Fingervision的研發(fā)者說的那樣，機(jī)器人在未來將會(huì)更安全、更高效地與人類共同協(xié)作。