快速定制個(gè)性化機(jī)器人不是夢(mèng)

□文/丹妮拉·魯斯

快速定制個(gè)性化機(jī)器人不是夢(mèng)

□文/丹妮拉·魯斯

現(xiàn)在，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的大規(guī)模生產(chǎn)。我認(rèn)為通過(guò)計(jì)算機(jī)，把機(jī)器人和人工智能結(jié)合在一起，我們就能快速地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定制化制造。

現(xiàn)在，大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)被多個(gè)國(guó)家列入戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃中，眾多企業(yè)紛紛圍繞機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局。多個(gè)行業(yè)因?yàn)闄C(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而獲益，其中獲益最多的行業(yè)是汽車工業(yè)。在汽車行業(yè)，將近80%的組裝流程都是靠機(jī)器人完成的。正因?yàn)槿绱耍谥圃鞓I(yè)，特別是在汽車制造企業(yè)中，機(jī)器人的應(yīng)用情況可以作為衡量企業(yè)自動(dòng)化程度高低的重要指標(biāo)。當(dāng)然，對(duì)很多其他行業(yè)來(lái)講，比如電子產(chǎn)品制造和飛機(jī)制造等行業(yè)，這種參照指標(biāo)的意義就要比汽車行業(yè)小很多。這主要是因?yàn)?，這些行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)成本比較高，產(chǎn)品的個(gè)性化程度比較高，制造時(shí)間比較長(zhǎng)。

我認(rèn)為，我們應(yīng)該在所有的行業(yè)里，把計(jì)算機(jī)與機(jī)器人結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化水準(zhǔn)的制造。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們必須讓機(jī)器人的功能更加強(qiáng)大，使機(jī)器人可以更加簡(jiǎn)單地與人進(jìn)行互動(dòng)。這就需要我們?cè)谶M(jìn)行定制機(jī)器人設(shè)備和生產(chǎn)線時(shí)做出更多努力。

人機(jī)需要交流互動(dòng)

首先，機(jī)器人現(xiàn)在可以做一些什么工作呢？設(shè)想一下，如果在我們的廚房里有個(gè)鋼筋鐵骨的機(jī)器人廚師，它是不是可以做出任何你想吃的東西呢？答案顯然是否定的。因?yàn)樵谖覀兊膹N房里，雖然看起來(lái)櫥柜很整齊，但其實(shí)里面裝滿了各種各樣的用具，而且這些物品以不同的方式組合在一起，機(jī)器人很難識(shí)別、操控。所以，在人類日常使用的廚房里，讓機(jī)器人來(lái)做大廚，就顯得非常困難。

如果我們稍微把廚房的內(nèi)部環(huán)境根據(jù)機(jī)器人的應(yīng)用功能做一些改變，是不是機(jī)器人操作起來(lái)就會(huì)變得方便些了呢？答案是肯定的。我們可以把以人類為中心的工作環(huán)境改變得更加適合機(jī)器人工作，甚至使其在廚房?jī)?nèi)部可以與人進(jìn)行互動(dòng)。機(jī)器人可以瀏覽數(shù)據(jù)庫(kù)里的菜譜，然后進(jìn)行在線處理。人們可以在它的頭部安裝上攝像機(jī)，通過(guò)攝像機(jī)拍攝前方的物體，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥髦?。?jīng)過(guò)一系列計(jì)算后，機(jī)器人就會(huì)知道它需要哪些原料、如何拾取，以及如何將這些原料進(jìn)行混合，進(jìn)而完成飯菜的加工制作。這樣的場(chǎng)景就體現(xiàn)出機(jī)器人與計(jì)算機(jī)的結(jié)合，與人互動(dòng)交流，最終實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展。顯然，這也是人類希望看到的。

我之所以講這些，無(wú)外乎是想強(qiáng)調(diào)機(jī)器人的重要性。想象一下，如果機(jī)器人可以在非常凌亂的廚房?jī)?nèi)找到其所需的物品或食物的原材料，那將會(huì)是一件多么令人振奮的事情。那時(shí)，機(jī)器人便可以自然地與人互動(dòng)，它可以將人類的語(yǔ)言指令分解成若干指令，再根據(jù)指令完成接下來(lái)的操作過(guò)程。

有些時(shí)候，機(jī)器人的動(dòng)作也許會(huì)忽然中斷，這就代表指令出現(xiàn)了錯(cuò)誤。此時(shí)，機(jī)器人就需要人類的幫助。人類可以幫助完成機(jī)器與人的直接互動(dòng)。這個(gè)時(shí)候，機(jī)器人和人類之間的互動(dòng)方式就改變了程序執(zhí)行的過(guò)程——人類幫助機(jī)器執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作才能解決中斷的問(wèn)題。

通過(guò)指令，人類可以進(jìn)一步和機(jī)器人用自然語(yǔ)言進(jìn)行交流，進(jìn)而獲得更加有效的互動(dòng)結(jié)果。但是這種人機(jī)交流也是需要特定的方法的。如果機(jī)器人說(shuō)“幫幫我”，人類就無(wú)法得知機(jī)器人到底需要哪些幫助。但如果機(jī)器人說(shuō)“請(qǐng)把櫥柜中的辣醬給我，因?yàn)樘吡宋覊虿恢?，人類?dāng)然就可以清楚地了解到機(jī)器人需要我們?cè)鯓訋椭?，機(jī)器人就可以順利執(zhí)行之后的操作了。

假如機(jī)器人發(fā)出的指令很模糊，人類理解不了它有什么需求，那又該怎么辦呢？凡事總有解決的辦法。人類完全可以來(lái)到它跟前說(shuō)，“好的，我可以幫助你，你想讓我?guī)湍闶裁疵?？”這種互動(dòng)就代表人類想要了解機(jī)器人究竟需要人類做些什么，比如幫它把桌子挪開等。

這個(gè)例子向大家展示出，如果人類希望讓機(jī)器人參與到日常生活中，那么我們就必須做出努力，使這些機(jī)器人和人類能夠進(jìn)行互動(dòng)。此外，我們還需要思考與機(jī)器人進(jìn)行溝通交流的安全性。

數(shù)字制造的新變革

數(shù)字制造已經(jīng)給我們的生活帶來(lái)巨大的改變，那么，我們?cè)鯓永脭?shù)字制造技術(shù)來(lái)生產(chǎn)機(jī)器人呢？基于3D技術(shù)的發(fā)展，可以想象，未來(lái)我們將利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出新型材料和新型機(jī)器人。

上文我舉了個(gè)機(jī)器人走進(jìn)廚房當(dāng)廚師的例子，能夠幫助人類做飯的機(jī)器人當(dāng)然能力非常強(qiáng)大。不過(guò)，要想生產(chǎn)出這樣的機(jī)器人，卻是非常困難的，而且恐怕需要很長(zhǎng)時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。

這就引出了一個(gè)問(wèn)題——我們是否可以快速地生產(chǎn)出定制化的機(jī)器人？要想解決這個(gè)問(wèn)題，一個(gè)方案是創(chuàng)建模塊化的機(jī)器人。模塊化的機(jī)器人由很多的類似于人體細(xì)胞的智能模塊組成，這些細(xì)胞可以結(jié)合在一起，形成一個(gè)部件，一些部件還可以組成更大的部件，或者解體重組成另外一個(gè)部件。大家可能看過(guò)《終結(jié)者2》這部電影。電影中有一個(gè)機(jī)器人可以從一個(gè)形狀變成另外一個(gè)形狀，可以有第三條腿，可以生出第三只手，或者可以將一種工具創(chuàng)造性地變形成另外一種工具。這樣的機(jī)器人可以隨時(shí)拆裝或整合，成為另外一個(gè)實(shí)體。當(dāng)你需要時(shí)，它就能夠變身成為一種新型工具。

當(dāng)然，我們?cè)趯?shí)際生活中可能生產(chǎn)不出這樣的機(jī)器人。雖然這種設(shè)想目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但是我們可以采取這樣的思路，利用一些智能元器件幫助人類進(jìn)行生產(chǎn)制造。目前我們已經(jīng)可以制造出來(lái)骰子大小的智能模塊，在這個(gè)模塊中包含了一整套智能結(jié)構(gòu)，如CPU、電機(jī)、存儲(chǔ)器，以及通信裝置。有了這些技術(shù)和產(chǎn)品做基礎(chǔ)，人們就可以把更多的智能模塊按照設(shè)計(jì)要求自動(dòng)組裝成更大的模塊，甚至是一個(gè)完整的機(jī)器人。

有了模塊化的機(jī)器設(shè)備的想法之后，我又開始設(shè)想能否創(chuàng)造出某種細(xì)胞，這種細(xì)胞可以跳，可以旋轉(zhuǎn)，可以形成各種各樣的形狀，讓它們形成一個(gè)細(xì)胞體系。這樣一來(lái)，我們就能夠制造出各種形狀的機(jī)器人。

而另一個(gè)方案是，我們可以創(chuàng)建一種流程，這種流程可以幫助我們快速制造出多功能的機(jī)器人。這僅僅是個(gè)設(shè)想，同時(shí)也是我們的愿景。我們希望使用者可以隨時(shí)隨地按需制造出自己期望的設(shè)備。

舉例說(shuō)，艾麗斯希望自己在上班的時(shí)候能夠給她的貓咪找一個(gè)伴侶。那么，有這樣一個(gè)店鋪，它為艾麗斯展示其制造的所有組件還有相關(guān)設(shè)計(jì)。根據(jù)需求，她找到了一種解決方案。這樣，艾麗斯便可進(jìn)入編程環(huán)境中，為她的貓咪“制造”出一個(gè)伴侶。不過(guò)，這僅僅是我想象的畫面。

再舉例說(shuō)，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）設(shè)計(jì)出一種新型的機(jī)器人，盡管還達(dá)不到十分精準(zhǔn)的要求，但是我們的設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)并創(chuàng)建出滿足指令要求的機(jī)器人。系統(tǒng)的編程模塊能夠接收外部指令，然后生產(chǎn)出滿足要求的機(jī)器人。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程中間還需要編譯器，用來(lái)存儲(chǔ)高級(jí)指令。一旦有了相關(guān)設(shè)計(jì)，編譯器就會(huì)自動(dòng)地確定某個(gè)功能的拆分，解析出機(jī)器人可以有哪些組成部分？功能分別是什么？這樣，我們便可利用這樣的解碼功能來(lái)形成機(jī)械模組、電器模組。利用這樣的組合分離法，編譯器可以組裝出一個(gè)設(shè)備。比如你想制造各種不同類型的機(jī)器人，便可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找所需要的組件。我們利用機(jī)械組件，就可以制造出機(jī)器人的身體，同時(shí)可以創(chuàng)建計(jì)算架構(gòu)。所有子模塊進(jìn)行整合之后，接下來(lái)就是準(zhǔn)備制造流程文件。我們可以按照文件進(jìn)行遠(yuǎn)程生產(chǎn)，讓激光切割機(jī)按照文件要求進(jìn)行切割。最后，我們?cè)偬砑铀须娖鹘M件，根據(jù)機(jī)器人設(shè)計(jì)要求，最終形成一個(gè)可以滿足要求的機(jī)器人。這樣的機(jī)器人不僅僅有計(jì)算的架構(gòu)和機(jī)械的身體，而且有一個(gè)可編程的環(huán)境。這樣的編程環(huán)境是自動(dòng)形成的——在生產(chǎn)機(jī)器人的機(jī)械和電子組件時(shí)，自動(dòng)形成該計(jì)算能力。

機(jī)器人的制造和編程方法理論上很簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。正如機(jī)器人研究專家漢斯·莫拉維克所觀察的：“如果讓計(jì)算機(jī)展示成人水平的智力測(cè)試或玩跳棋是一件相對(duì)容易的事情，但當(dāng)涉及知覺(jué)和機(jī)動(dòng)性時(shí)，即使讓它完成一歲幼兒的某些技能也是非常困難或者不可能的?！?/p>

3 D打印個(gè)性化機(jī)器人

MIT不斷研究制作機(jī)器人的方法，我們制作的機(jī)器人到底有什么秘密呢？秘密就在于可以重組結(jié)構(gòu)并自行折疊成任意形狀的機(jī)器人。機(jī)器人幾乎全部構(gòu)件都是由激光切割而成，在它們身上裝上電池后，就能自行折疊站起來(lái)，移動(dòng)到一邊去。我們還曾做過(guò)一種用激光切割材料制造的“烘烤機(jī)器人”，當(dāng)均勻加熱時(shí)能自行組裝。新研究與之很類似，它由電路網(wǎng)絡(luò)控制而不是烤箱或電爐把熱量傳遞給啟動(dòng)折疊關(guān)節(jié)。令人興奮的是它的幾何支點(diǎn)，讓我們有能力把它折得更多。因?yàn)槲覀兡苤贫樞颍阅苓M(jìn)行更多控制，主動(dòng)決定折疊結(jié)構(gòu)并讓它行走。機(jī)器人的板材有5層，均由數(shù)控激光切割制作，中間層是銅電路網(wǎng)，夾在兩層紙板之間，頂層和底層是形狀記憶聚合材料，受熱會(huì)折疊。5層合在一起后，再在頂面裝一個(gè)微處理器、一個(gè)或多個(gè)小馬達(dá)就完工了。在樣機(jī)中，安裝這些附件是人工操作，將來(lái)會(huì)由一個(gè)機(jī)器人“挑選與安裝”系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。

想象一下，將來(lái)的某一天，每個(gè)孩子都擁有屬于自己的一個(gè)機(jī)器人，幫助他們學(xué)習(xí)這些算法、了解其中的物理知識(shí)和其中有關(guān)計(jì)算的思維邏輯。這些技術(shù)能夠像一個(gè)小貓一樣來(lái)陪孩子玩耍，寓教于樂(lè)。也許有一天，機(jī)器人可以幫孩子準(zhǔn)備他們想吃的東西，或者，機(jī)器人可以干更多的事情……這些機(jī)器人不僅可以幫助人類完成計(jì)算的任務(wù)，同時(shí)也能夠表達(dá)自己的一些感想并與人進(jìn)行交互。

除此之外，機(jī)器人技術(shù)還可以做一些什么事情呢？MIT有一個(gè)雨傘項(xiàng)目，該項(xiàng)目生產(chǎn)的雨傘是我們通過(guò)快速的3D打印技術(shù)打印出來(lái)的。我們對(duì)雨傘的顏色進(jìn)行編程，那么傘就可以呈現(xiàn)出綠色、藍(lán)色或是紅色，雨傘的顏色則通過(guò)簡(jiǎn)單的色彩控制系統(tǒng)來(lái)混合而成的。另外，MIT也重視藝術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合。我們?cè)O(shè)計(jì)了一臺(tái)機(jī)器人，它的表面由LED燈所覆蓋。通過(guò)控制，機(jī)器人可以飛起來(lái)，并與人進(jìn)行合作，實(shí)現(xiàn)人機(jī)共舞。這就是藝術(shù)與技術(shù)的完美結(jié)合。

我堅(jiān)信，機(jī)器人可以進(jìn)行大量的產(chǎn)品制造，可以實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn)。在未來(lái)，我們可以在自己的家里自行設(shè)計(jì)機(jī)器人，我們也可以對(duì)它們進(jìn)行定制化生產(chǎn)。在不久的將來(lái)，只需要幾天的時(shí)間，我們就可以將機(jī)器人快速且便宜地制造出來(lái)?，F(xiàn)在制作機(jī)器人的方式和過(guò)去的編譯非常相近。過(guò)去進(jìn)行編程就是0和1之間的編程，而現(xiàn)在的程序編譯器能力變得多么強(qiáng)大。未來(lái)，通過(guò)一個(gè)按鈕，我們就可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)制造個(gè)性化機(jī)器人的全過(guò)程。雖然MIT還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，但是在這方面已經(jīng)有了很好的進(jìn)展，未來(lái)還會(huì)有大規(guī)模的生產(chǎn)。

最后，我還希望并呼吁年輕人能夠積極投身于機(jī)器人研究，將自己的奇思妙想轉(zhuǎn)化成切切實(shí)實(shí)的技術(shù)，豐富并簡(jiǎn)化人類的生活，使這個(gè)世界實(shí)現(xiàn)智能化的操作。（本文根據(jù)丹妮拉·魯斯在The BIG Talk上的演講內(nèi)容整理而成。）

丹妮拉·魯斯

麻省理工學(xué)院電氣工程及計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院教授麻省理工學(xué)院電腦與人工智能中心主任