揭秘机器人的诞生历程 从实验室到人类世界_6

2019-06-15 14:11

  88年前,捷克作家卡雷尔恰佩克在他的科幻小说中,根据Robota(捷克文,原意为劳役、苦工)和Robotnik(波兰文,原意为工人)创造出机器人这个词。人类对机器人最初的设想,只是希望机器人能代替人在工厂里做繁重的工作。

  而随着机器人技术的发展,现在的机器人越来越智能化、人性化,甚至拥有类似人类的听觉、视觉和触觉。有科学家大胆地宣称:机器人逃出实验室的束缚,进驻人类世界的时代已经来临了!

  从工业机器人到家政机器人、娱乐机器人,人们不难看出机器人技术正朝着以下四个方向大步前进:感官功能越来越丰富、制作成本越来越低廉、设计编程越来越简化、使用起来越来越安全。

机器人实验

  日前,记者走访电子科技大学中山学院机电工程学院以及迈智机器人培训中心,为您揭开机器人的诞生历程。

  用雪糕棍也能制作机器人

  如今,听到机器人三个字,大多人的反应首先是有趣,其次是昂贵。高成本变成一道无形的屏障,把许多人挡在了通往机器人制作的道路上,中小学也很少开设这样的课程。但在中山,有个培训中心带领学生用雪糕棍等几乎零成本的材料,做出了各种常见、简易的机器人,让更多孩子走进机器人的世界。

  只见3个小小的机器人,在各自的跑道上迈开了步伐,有的机器人非常稳健,方向准确,步调干净利索;有的机器人虽然有点摇摆,但也算性能稳定;有的机器人结构类似小鸡啄米,憨厚可爱;有的机器人采用关节传动,霸气十足,各个机器人的形态丰富。这就是制作最为简单的双足竞走机器人,类似于小时候玩的上了发条就能一步一步向前走,边走边打鼓的玩具。

  这些机器人世界的入门技术,只需要一些小木条或者雪糕棒,加上一个简易的马达,通过设计和组装就能变成灵活的机器人,小孩子也能够制作出来。

  这机器人是怎么做的呢?记者问道。制作机器人首先是画图,然后通过软件模拟,做零件和组装,最后再进行编程。迈智机器人培训中心的老师谢福浩介绍道。

  据了解,根据不同的机器人,中心开设了不同的课程,如制作黑白分拣机械手,老师会从最简单的双足、四足机器人的制作开始教起,随着课程的开展,逐步会涉及到寻光摇头机器人、机械手制作、机械手夹持结构,程序流程图设计等相对较复杂的项目。

  我们主要是想通过逐步让学生了解如何制作机器人,让学生们独立进行新事物的创造,并对自己的想法加以实现与验证,使孩子们在动手的同时,也能锻炼想像力和创造力。谢福浩说。

机器人

  智能机器人上得厅堂下可卖萌

  在电子科技大学中山学院机电工程学院的实验室里,一些聪明的机器人正在逐步变为现实。

  在实验室内,像《变形金刚》里会说话,有智慧,还能格斗的机器人琳琅满目。而一个身披干练银袍,像人一样双足步行的机器人引起了记者的注意。当音乐响起时,他便开始做操了:两条手臂交替地向外伸展,再收回,举起,落下,就像小学生做广播体操一样,动作有趣极了。

  我们叫他手舞足蹈机器人,他不仅能以轮式双腿分开行走,双臂更具有6个自由度而可以表现各种手舞足蹈的动作。如果运用到实际生活中,加入一些人工智能技术,他就能成为孩子的玩伴。中山学院机器人队队员林伟深同学介绍说。

  这样有趣机器人是如何制作的?电子科技大学中山学院机电工程学院机器人队主教练刘保军老师介绍,学生们要先确定方案构思然后通过材料搭建机器人,再到电脑里编写程序,通过数据线将程序载入机器人的大脑中,于是机器人就具有了思维的能力。经过不断地测试、修改及完善,机器人才会按照我们的想法运转。

  制作机器人就是要制造它的机械构造、安排好电路电线的分布、以及控制其行为的程序,作个简单的比喻,以上的部分就如人的身体、筋络血管以及大脑,只有所有部分都配合无误,机器人才能正常运作。刘保军说。

  据了解,从设计、购买加工零部件、软件编程,到焊接芯片、组装、外部装饰等,这些机器人完全由学生利用课余和暑假时间自主完成。

  民用机器人将向实用性进化

  除了设计像手舞足蹈机器人这样参与赛事的机器人外,在人工智能领域,机器人队也不断推陈出新:慰藉型、看家型等新型民用机器人也相继研发成功。如会说话的汤姆猫、生命之星探险救援机器人、空气检测机器人等。

  大家好,我是来自电子科技大学中山学院的汤姆猫,现在我为大家露一手,希望大家不要嫌弃。这就是汤姆猫的自我介绍,接着它动了动耳朵,眼睛狡猾地转动起来,做出了一副难过的表情。当人们伸手去触摸它的头或脸时,它会相应地作出点头或转动头部的动作。可以说,汤姆猫举手投足,都是人工智能,加上喜、怒、哀、乐的表达,令人惊叹现今科技的进步。

  此外,该校机器人队设计的生命之星探险救援机器人可以钻入废墟探测生命迹象。该款机器人具有轮子和爬行足巧妙结合的运动结构,比小孩儿乘坐的玩具四轮车还要小,却可以自动攀爬台阶,也可以灵巧地钻入废墟,甚至在更复杂的路况也可以行走自如。

机器人

  当救援人员无法进入灾难现场时,它可以尽可能地接近被困人员,通过无线传感器网络,向外传输视频和音频信号。此外,机器人设计有两只四个自由度的器械手,使它可以排查可疑物体,又可以切割金属等障碍物。

  虽然这些机器人还停留在实验室内活动,但未来,或许在科幻电影中曾经出现过的镜头,会在人们的家中重现:主人不在家,一旦发现有煤气泄漏,它会自动报警或打开抽风排气;平时,善解人意的机器人可以与退休在家的老人聊天;孩子放学回家,知识渊博的机器人又变成了家庭教师,教英语、讲故事;机器人还是全家人的快乐宠儿,它可以随时为大家表演唱歌、跳舞。

  机器人何时能走出实验室?

  产学研机制松散价格高昂阻碍前进步伐

  十多年前,看到电影上砖头般大的大哥大,我们羡慕万分;今天,手机已成为最普通的消费品,几乎走进了每一个普通家庭。服务型家用机器人何时能像手机一样,成为普通民众轻轻松松就能买得起的消费品?电子科技大学中山学院机电工程学院机器人队主教练刘保军认为,虽然目前市场需求很大,但路漫漫其修远兮,由于受关键技术和生产成本的限制,服务机器人真正走进普通家庭,可能还有一段路。

  据了解,机器人行业本身属于力学、工业设计、电子信息、软件、系统集成等学科的综合,技术门槛较高,企业需要投入较大财力、物力培养或吸引人才,但市场空间却很有限,因此陷入了很尴尬的境地。

  与此同时,机器人多年来一直被归类为制造装备,没有针对性的扶持政策,而赖以生存发展的产学研机制也较为松散。科研机构开发的新技术、新产品,90%都停留在实验室,仅有10%走向了市场。刘保军说,这既没有以企业为主体,让机器人技术以产业为导向发展,也缺乏一套技术市场化的进程,从而制约了产业化的发展。

  缺乏产业化的生产,机器人要进入家庭,人们不得不面对的就是高昂的价格。一个娱乐机器人1万余元,一个全自动扫地机3000余元这样的价格,普通老百姓确实还难以承受。

  决定成本的因素主要有三:材料、技术、生产规模。实际上,生产机器人的原材料并不太贵,也不是很稀缺;技术上,现在很多高校、科研院所都在做,不成问题,只是产学研结合还不够,从技术层面向应用层面的转化还不够;再就是,我们还缺少工业流水线,如果只做一两个机器人,平摊下来每件成品的成本就会非常高,一旦实现批量生产,价格完全能够降下来。刘保军说。

  尽管机器人普及面临着种种困难,但刘保军认为,随着科技的发展,将来服务机器人肯定能形成一个产业,就像现在的电脑一样,按照标准化生产,相信成本会很快下降,也会被越来越多家庭接受。

  用积木模拟生活情境

  中学生研发机器人

  可帮老人做15件事

  我们的机器人能上桥、打保龄球、开火炉。说起自己亲手设计制作的机器人,广东博文学校机器人小组的组员们个个神采奕奕。

  笔直前进,左转弯,机器人站定后,挥动起细长的机械臂,将坏了的椅子拉回基地在处理器储存的动作指令的吩咐下,机器人按照既定的线路,分别完成了举重、修理椅子、送药、关炉灶、去超市架拿货物等操作。

  这是广东博文学校机器人实验室里热闹的情景,一群学生正围在模拟的实战场地前,他们细致观察地形,伸手比划,热烈讨论,还时不时转身向一旁的老师请教问题。在拟定的情境下,学生们巧妙使用一个个机器模型,成功完成了一系列操作任务。

  没有固定形状可按任务随意拼凑

  与电子科技大学中山学院机电工程学院的大哥哥相比,这群中学生的机器人虽然只能在乐高积木世界里的模拟场地内进行活动,而且一点都不像人,但技术含量一点也不输给大学生。

  据广东博文学校的周丹丹老师介绍,目前学生们设计的机器人主要以FLL机器人为主,即通过乐高的配套零件、插接积木等系列教具,把抽象的物理、数学、计算机知识形象转化为齿轮、电源、传送带、计算机简易程序,让学生像堆砌积木一样学习设计、制作机器人。

  在去年主题为爱晚行动的FLL机器人世锦赛上,组委会根据现实生活中老人的困难设计了15个任务。参赛者需要根据场地上不同的任务设计不同的策略,安装到自己设计的机器人上,进行编程操作来完成场地任务。

  而博文的机器人小组就设计了一款拥有多种配件并可快速拆卸、变换的机器人,协助老人完成生活中各种事情。比如有一项任务叫木匠活儿,需要把老人家中的坏椅子拉回基地,修理好后再放回桌子边,于是我们就设计了一条机械臂,可以用来拉椅子的,而把椅子拉回去则需要运用程序来控制了。黎梓生同学说。

  动手动脑人人都能成机器人高手

  据了解,通过电脑编程,学生们可以设计出机器人需要完成的一整套动作,这套指令将储存在处理器中,通过这个装置让机器人完成操作。不同人设计出的动作线路千差万别,最终目的就是让机器人在最短时间内完成尽可能多的任务。周丹丹说,这门课程最大的特点就是发散思维,激发学生们的创造能力。

  除了处理器外,指导机器人完成操作的部件还包括超声波传感器、触动传感器、角度传感器等等。学生在设计线路的过程中,还可以灵活运用地形特点,如通过机器人与场地边缘的触碰,激活触动传感器来完成相应的操作。

  除了编程外,机器人的设计也很关键,如果机器人重心不稳,或机械臂不结实,那么在完成动作过程中,就可能造成机器人散架、机械臂松垮等问题。周丹丹将机器人培训课称之为涵盖信息技术、机械设计和电子技术的综合性学科。

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