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北航机器人研究所名誉所长王田苗:人工智能与机器人的发展趋势

2018-06-06 06:25 性质:转载 作者:量子位 来源:量子位
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所以当亚马逊推出这个机器人的时候,人们突然感觉它也在革自己的命。因为这台机器人的推出意味着,音箱的功能将会全部集成到这上面,产品将会换代。

这个月25号的时候,欧盟的一版数据保护法引起了很大的轰动,其中最重要的一个规则就是:将来每个客户的数据的更改保存和使用都要经过个人的认可。这个事情对谷歌、Facebook等公司都将提出非常严厉的考验,包括在医学上。

最近还有沃森,本来在人们心目中他是一个有代表性的做人工智能的医疗诊断方案助手的公司。但它60~70%的大规模裁员,这背后代表了什么?

以上是我想说的最近这三个月所发生的事情,在解释这些事之前,先谈一下我对智能机器人发展的一些思考。

智能机器人发展的思考

在15年前,我的学生就开始研究仿生机器鱼。

螺旋桨矢量推进在水下已经应用得很广泛了,但是由于它有空泡有噪声,在隐蔽性等方面引起了质疑。

通过对机器鱼整个的分析和研究,人们在想有没有可能未来出现替代螺旋桨,像自然界进化的鱼类一样,用软体的样子来进行推动,这是我们研究的。在这个方面,有MIT的实验室、有日本的,美国的,还有英国等其中各种各样的研究。

这个研究就是尾部以漩涡的方式产生了一个积极运作。从流体力学来说,就是形成了漩涡来推动机器往前走。在这个研究中,通过养鱼、加上摄像头等方式,按照一些数学模型来观测,还可以观察它的频率。

在这个频率中,通过数学方法可以建立波推动的理论。这个理论可以应用在我们的模型上,比如说用在六个自由度上。

那能不能把它做成圆的呢?因为形状是圆的,里面就可以装传感器,装仪器等。

在这个理论上基础上,六个自由度可以,那么四个行不行?三个行不行,最少是多少?它拍动的频率应该是多少?拍动的幅度是多大?尾鳍的形状会不会影响鱼行走的速度?

我们经过研究最后得出结论:从工程上来解释的时候,两个自由度最佳,因为它自由度小,意味着方便制造、设计和装配。

用这张图来说明我们在不同时期所设计的机器鱼。

为了深入地研究这些关系,会指导学生去深入研究流体力学所产生的一些科学问题,包括研究一些拍动的频率幅度弓角和相位差,用到推力频率和推动之间的数学模型上,来研究效率。

这一点非常自豪,感觉通过我们的研究,采用仿生推进机理的效率比传统螺旋桨要高,因为拍动的时候它一定会有效率有力,而且会平滑很长时间,不像螺旋桨空的时候有空泡,有时候有做负功。

在这样的研究下,我们一直想提高速度。比如一个海豚,小海豚假设60公斤,它的推力是什么?在一个水池里,架子上有一个力传感器,然后通过线来拍动它;当拍动的时候,力传感器为零,那么鱼的重量就正好是推力的重量。

那么在实际的这个应用中,如何搭建这个平台?

我们有两个方案:

一个方案是在一个有水潮的水池里,有8根张线,每个张线有力传感器,水潮按照一定速度来流,流的速度正好可以被检测到;后面尾气的大小可以换方的,可以换窄的,可以换协调,然后推动来使这个鱼往前走。当游的速度正好和水的速度相同的时候,绳子上的力从理论上讲,δ就趋近于0,那么这时候就能估算出这个机器鱼的速度,随后就可以换不同尾鳍的形状,换拍动的频率,换拍动的幅度,换两个自由度等等。

为了更科学地来计算它,可以在水池里打上类似粒子的东西。

我们目前把研究课题组分成了两个小组:一个小组接着再做解决仿真机器鱼速度的问题;另一个是在思考能不能跟海空跨介质一起。这样的一些项目我们还在研究和论证中。

第二个方案是把机器鱼的智能材料应用在工业界,这就是我们所说的软体手。

工业机器人只能从事0.5%到1%的工作,99%的工作基本上还替代不了。当然这个比例现在还在增加,但不管怎么样,其中很重要的研究课题是机器手的灵巧作业。

所以我们在想,有没有可能设计和制造一种灵巧手,他像人具有肌肉一样,不需要传统的机械加工,不需要传统的电机,完全用人工肌肉方法来探索,而且这种研究是不是能够适合于后工业时代,像很平常的东西一样被应用。如果这样的话,又需要考虑成本在未来的工业界是不是能被接受。

为此,我们就从智能材料和数学建模的角度来考虑。这样一个软体手,它的根部和手指材料可以不一样,是不是可以利用3D打印来做不同的材料配方,利用硅胶材料建立这样的模型。

在结构上,是不是利用高弹性的硅胶材料,加上不同的材料配方3D打印?这与内部的驱动有关系,这个驱动采用气体,或者采用液体。这就是我们的整个工艺,在这个工艺下就可以形成结构。

在结构中又会思考:完全是硅胶,会不会干度有问题?为此我们在智能材料和低熔点的传感器上,利用工艺方法,底下一层是低熔点的金属,再加硅材料,然后加一些形状,再利用3D打印融合起来。

这个事情一旦解决,就得出了“刚柔耦合”的灵巧手。

加了电,在低熔点的时候,金属是软的,承受50毫克的重量就会被压趴下;如果冷却不上电的时候,承受300克都不会弯。这就是干度耦合,也就是在一定程度上可以软的金属,加热变软之后又能够连接起来。

这样的结构和形状就是可变化的,比如说抓方形的东西可以是方形结构,抓圆状的东西可以是圆形结构。

在实验的过程中,让我们特别感到有前景的是,传统的机电手不仅有利于传感器,而且三个手指中,如果每个手指有三个自由度,成本大概在20万到25万,而软体手整个的成本只有它的1/10。

医疗机器人

通过这样的研究,大家是不是有这样的一种感觉:当今科技的创新,越来越强调基础学科的交叉。

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