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北航機器人研究所名譽所長王田苗:人工智能與機器人的發(fā)展趨勢

2018-06-06 06:25 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:量子位 來源:量子位
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所以當(dāng)亞馬遜推出這個機器人的時候,人們突然感覺它也在革自己的命。因為這臺機器人的推出意味著,音箱的功能將會全部集成到這上面,產(chǎn)品將會換代。

這個月25號的時候,歐盟的一版數(shù)據(jù)保護法引起了很大的轟動,其中最重要的一個規(guī)則就是:將來每個客戶的數(shù)據(jù)的更改保存和使用都要經(jīng)過個人的認可。這個事情對谷歌、Facebook等公司都將提出非常嚴厲的考驗,包括在醫(yī)學(xué)上。

最近還有沃森,本來在人們心目中他是一個有代表性的做人工智能的醫(yī)療診斷方案助手的公司。但它60~70%的大規(guī)模裁員,這背后代表了什么?

以上是我想說的最近這三個月所發(fā)生的事情,在解釋這些事之前,先談一下我對智能機器人發(fā)展的一些思考。

智能機器人發(fā)展的思考

在15年前,我的學(xué)生就開始研究仿生機器魚。

螺旋槳矢量推進在水下已經(jīng)應(yīng)用得很廣泛了,但是由于它有空泡有噪聲,在隱蔽性等方面引起了質(zhì)疑。

通過對機器魚整個的分析和研究,人們在想有沒有可能未來出現(xiàn)替代螺旋槳,像自然界進化的魚類一樣,用軟體的樣子來進行推動,這是我們研究的。在這個方面,有MIT的實驗室、有日本的,美國的,還有英國等其中各種各樣的研究。

這個研究就是尾部以漩渦的方式產(chǎn)生了一個積極運作。從流體力學(xué)來說,就是形成了漩渦來推動機器往前走。在這個研究中,通過養(yǎng)魚、加上攝像頭等方式,按照一些數(shù)學(xué)模型來觀測,還可以觀察它的頻率。

在這個頻率中,通過數(shù)學(xué)方法可以建立波推動的理論。這個理論可以應(yīng)用在我們的模型上,比如說用在六個自由度上。

那能不能把它做成圓的呢?因為形狀是圓的,里面就可以裝傳感器,裝儀器等。

在這個理論上基礎(chǔ)上,六個自由度可以,那么四個行不行?三個行不行,最少是多少?它拍動的頻率應(yīng)該是多少?拍動的幅度是多大?尾鰭的形狀會不會影響魚行走的速度?

我們經(jīng)過研究最后得出結(jié)論:從工程上來解釋的時候,兩個自由度最佳,因為它自由度小,意味著方便制造、設(shè)計和裝配。

用這張圖來說明我們在不同時期所設(shè)計的機器魚。

為了深入地研究這些關(guān)系,會指導(dǎo)學(xué)生去深入研究流體力學(xué)所產(chǎn)生的一些科學(xué)問題,包括研究一些拍動的頻率幅度弓角和相位差,用到推力頻率和推動之間的數(shù)學(xué)模型上,來研究效率。

這一點非常自豪,感覺通過我們的研究,采用仿生推進機理的效率比傳統(tǒng)螺旋槳要高,因為拍動的時候它一定會有效率有力,而且會平滑很長時間,不像螺旋槳空的時候有空泡,有時候有做負功。

在這樣的研究下,我們一直想提高速度。比如一個海豚,小海豚假設(shè)60公斤,它的推力是什么?在一個水池里,架子上有一個力傳感器,然后通過線來拍動它;當(dāng)拍動的時候,力傳感器為零,那么魚的重量就正好是推力的重量。

那么在實際的這個應(yīng)用中,如何搭建這個平臺?

我們有兩個方案:

一個方案是在一個有水潮的水池里,有8根張線,每個張線有力傳感器,水潮按照一定速度來流,流的速度正好可以被檢測到;后面尾氣的大小可以換方的,可以換窄的,可以換協(xié)調(diào),然后推動來使這個魚往前走。當(dāng)游的速度正好和水的速度相同的時候,繩子上的力從理論上講,δ就趨近于0,那么這時候就能估算出這個機器魚的速度,隨后就可以換不同尾鰭的形狀,換拍動的頻率,換拍動的幅度,換兩個自由度等等。

為了更科學(xué)地來計算它,可以在水池里打上類似粒子的東西。

我們目前把研究課題組分成了兩個小組:一個小組接著再做解決仿真機器魚速度的問題;另一個是在思考能不能跟??湛缃橘|(zhì)一起。這樣的一些項目我們還在研究和論證中。

第二個方案是把機器魚的智能材料應(yīng)用在工業(yè)界,這就是我們所說的軟體手。

工業(yè)機器人只能從事0.5%到1%的工作,99%的工作基本上還替代不了。當(dāng)然這個比例現(xiàn)在還在增加,但不管怎么樣,其中很重要的研究課題是機器手的靈巧作業(yè)。

所以我們在想,有沒有可能設(shè)計和制造一種靈巧手,他像人具有肌肉一樣,不需要傳統(tǒng)的機械加工,不需要傳統(tǒng)的電機,完全用人工肌肉方法來探索,而且這種研究是不是能夠適合于后工業(yè)時代,像很平常的東西一樣被應(yīng)用。如果這樣的話,又需要考慮成本在未來的工業(yè)界是不是能被接受。

為此,我們就從智能材料和數(shù)學(xué)建模的角度來考慮。這樣一個軟體手,它的根部和手指材料可以不一樣,是不是可以利用3D打印來做不同的材料配方,利用硅膠材料建立這樣的模型。

在結(jié)構(gòu)上,是不是利用高彈性的硅膠材料,加上不同的材料配方3D打???這與內(nèi)部的驅(qū)動有關(guān)系,這個驅(qū)動采用氣體,或者采用液體。這就是我們的整個工藝,在這個工藝下就可以形成結(jié)構(gòu)。

在結(jié)構(gòu)中又會思考:完全是硅膠,會不會干度有問題?為此我們在智能材料和低熔點的傳感器上,利用工藝方法,底下一層是低熔點的金屬,再加硅材料,然后加一些形狀,再利用3D打印融合起來。

這個事情一旦解決,就得出了“剛?cè)狁詈稀钡撵`巧手。

加了電,在低熔點的時候,金屬是軟的,承受50毫克的重量就會被壓趴下;如果冷卻不上電的時候,承受300克都不會彎。這就是干度耦合,也就是在一定程度上可以軟的金屬,加熱變軟之后又能夠連接起來。

這樣的結(jié)構(gòu)和形狀就是可變化的,比如說抓方形的東西可以是方形結(jié)構(gòu),抓圓狀的東西可以是圓形結(jié)構(gòu)。

在實驗的過程中,讓我們特別感到有前景的是,傳統(tǒng)的機電手不僅有利于傳感器,而且三個手指中,如果每個手指有三個自由度,成本大概在20萬到25萬,而軟體手整個的成本只有它的1/10。

醫(yī)療機器人

通過這樣的研究,大家是不是有這樣的一種感覺:當(dāng)今科技的創(chuàng)新,越來越強調(diào)基礎(chǔ)學(xué)科的交叉。

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