数字时代的制造新变革

2014-11-24丹妮拉·鲁斯

中国信息化周报 2014年44期

今天，能够有机会为大家介绍一项重要的技术，我表示非常激动。同时，我也鼓励年轻人能够积极投身于这个领域。

现在，机器人已经实现了大规模的生产。我认为通过计算机，把机器人还有人工智能结合在一起，我们就能真正的引领定制化制造。在当前技术时代的背景下，我们通过不断地先进计算来改变现在的世界，以及我们的生活。在这个时代，真的不能想象，如果没有电脑或者智能手机，我们该如何生活。

未来，随着计算机技术的高速蓬勃发展，一定可以生产出一些我们无法想象，甚至可以对我们的生活产生巨大影响的事物。那么，到底是什么实现了这些进步呢？在这个过程中，技术发挥了无可替代的作用。互联网的规模和性能，还有无线通讯一直到电子产品的设计，甚至到机器人的制造等等都有类似一些技术。现在，制造机器人已经被多个国家或企业列为战略发展计划。其中，获益最多的一个行业就是汽车工业。在汽车行业里，有将近80%的组装流程都是靠机器人来完成的。正因为如此，制造业，特别是汽车的制造可以作为一个非常重要的指数。当然，对很多的行业来讲，高度的自动化，比如电子行业，飞机行业等等，随着机器人的进入，它们的指数就要比汽车行业低一些。这主要是因为，这些行业的成本比较高，生命周期比较短，制造机器时间比较长，手机行业也是如此。所以我提出的一个概念是，我们可以在所有的行业里，把计算和机器人结合在一起，从而实现非常高程度的制造自动化。为了实现这个目标，我们必须能够要让机器人更加有能力，使得机器人更加简单的与人进行互动。我们需要在进行定制机器人设备和生产线中做更多努力。

人与机器人的交流互动

首先，我想告诉大家机器人现在可以做一些什么。设想一下，如果我们的厨房里有铁厨师机器人，是不是铁厨师机器人可以做出任何你想吃的东西，无论是早餐晚餐还是零食？这是个很难的问题。因为在我们的厨房里，有一些橱柜看着很干净，但是里面会有各种各样的东西。同时，它们会用不同的方式组合在一起。所以说总体来讲，在以人类为中心的厨房里机器人做起来很困难。但如果稍微把周围的环境做一些改变，能不能方便机器人操作呢？我们可以把以人类为中心的工作环境改变得对机器人来讲更加的适合，让它们在里面进行互动。机器人可以阅读数据库里的菜谱，然后通过在线进行处理。它的头里会放置摄像机，通过摄像机将它面前的事物拍摄下来，并传输到处理器中。这样，它就可以进行计算。从而得出，需要哪一些原料，以及如何将这些原料进行混合，进而完成饭菜的操作。机器人的这种表现非常智能化。当然，这也是人类希望看到的。

我之所以讲这些，就是想让大家了解机器人可以做的事情。我们想象一下机器人可以在一个非常乱的厨房里找到它所需要的，或者说可以获得一些原料是多么的令人振奋。在这个机器人的案例中，已经开始实现自然的人与机器的互动，与机器人进行互动就像我们彼此之间进行互动的时候，机器人可以把这些自然的语言指示分成一些指令，从指令中完成很多的过程。有的时候机器人可能会忽然卡住，这可能是出现了错误指令。此时，机器人就需要人类的帮助，从人类的帮助中，可以实现机器人与人的直觉互动。这个时候，机器人和你互动的方式就改成了执行的流程，需要你帮它执行某个动作之后，才能解决它卡住的问题。从指令中可以进一步和机器人用自然语言进行交流，进而可以获得非常强大的互动流程。机器人可能会说帮帮我，不过，人根本就不知道机器人需要一些什么，但如果机器人说请把桌腿给我，因为太高了我够不着，它让你这样做，当然人就可以帮助机器人把桌腿给它，接下来机器人就可以执行之后的操作。

如果机器人发出的指令模糊，人类不知道做什么怎么办？人类可以来到它跟前说好的，我可以帮助你，你想让我帮你什么忙。这里可以看到这个人，他就想了解机器人究竟需要他做一些什么，把桌腿翻转过来还是怎样。这个例子向大家展示出，如果你希望能够让机器人参与到我们的日常生活中，我们必须要做出努力，使这些机器人和我们能够进行直觉性的互动。这些机器人必须能够利用人类自然语言与我们进行沟通，此外，我们还需要思考一下安全性，与机器人进行沟通交流的安全性。

数字制造的新变革

数字制造怎样能够给我们的生活带来巨大的改变，我们怎样生产机器人？基于3D制作技术的发展，我们可以想象一下，如何利用3D打印的技术生产出新类型的材料和新类型的机器人。我们可以利用3D打印机打印出模板，在这些模板中浇铸硅。利用这样的方法我们现在创建了一种新型的设备。我们看这条鱼，鱼的尾部就是通过建模技术利用3D打印机打印出来的，这条鱼可以优雅地游泳，像真正的鱼游泳一样，但是可以看到这条鱼可以不断持续的游动。同时，这条鱼还能够快速的转弯，它可以在非常快速的时间内转90度。我们知道转身对于鱼来说是非常重要的，可以帮助它们防止被其它的动物吃掉。

我给大家讲了两个机器人的例子，一个是组装家具的例子，另外一个是烹饪的例子，你可以想象一下，这些机器人它可以帮助我们做饭，可以帮助我们组装家具，它们的能力非常强。不过，生产出这样的机器人，却需要很长一段时间。不过，这其中有一个问题，就是是否可以快速实现生产出定制化的机器人？解决这个问题，一个方案是创建模块化的机器人，模块化的机器人由很多的离子和细胞组成，这些离子和细胞可以结合在一起，可以形成一个类型，然后再分开解体形成另外一个类型。大家可能看到过《终结者》这部电影，《终结者2》有一个机器人可以从一个形状变成另外一个形状，可以有第三条腿，可以生第三只手，或者可以生产创造另外一个工具。这样的机器人可以随时成为一个不同的实体，当你需要时，它就能够成为一种新型工具。当然，我们不可能生产出这样的机器人。虽然这种设想无法实现，但是我们可以利用这样的材料帮助我们生产、制造一些东西。比如在这个案例中，我们用智能的材料嵌入一个工具，这些工具存在于计算机当中。这里有处理器，还有魔力的设备，这样一个有魔力的设备可以使机器人聚集在一起，彼此发现彼此。它们可以和各个机器人的脸部建立联系，在各个不同的模块中进行沟通，也可以在这些模组中传输能量，从中可以看到有很多的模块组聚集在一起，并且已经成为了一个实体的模块组。模块化的机器设备背后的想法就是创造一些细胞。这些细胞可以跳，可以旋转，可以形成各种各样的形状，来制造出各种形状的机器人，这就是一种细胞体系。我们现在知道怎样形成不同的形状，我们可以使这些有形状的物体运动，我们可以使创造这些形状的模组转动，我们可以快速地生产机器人。

另一个方案就是，我们可以创建一种流程，这种流程可以帮助我们快速制造多功能的机器人。这是一个我们的想法，同时也是我们的一个愿景。我们希望每天的使用者都可以随时随地按需制造设备。比如，在一个卡通片当中，艾丽斯希望自己在上班的时候能够给她的猫咪找一个伴侣。有这样一个店铺给艾丽斯展示了他们制造的所有组件还有相关设计，利用这个界面，艾丽斯可以找到一个设计，艾丽斯就可以进入到编程的环境中，最终她的猫咪就有了一个伴侣。不过，这就是我们想象的一个世界。

我的朋友发电子邮件说，你能给我制造一个机器人手臂吗？这个机器人的手臂就是这样的。尽管这是一个非常不精准的要求，但是我们的系统能够设计并创建一个机器人，这个机器人可以满足这样的指令。这里有编程环境，可以使接收指令的人编程，然后生产出满足要求的机器人。另外，我们还需要制造一个编译器。这个编译器存有高级指令，我希望有一个跟我玩象棋的机器人，接下来进行相关的设计，设计这样一款机器人，这是我们编译器运作的方式。开始有一个梦想或者一个想法存在你的头脑中，编译器自动的就会确定一个功能的拆分，分解一下机器人可以有哪一些组成部分，功能是什么，可以利用这样的解码功能来形成机械模组，还有电器的模组，或者机电自模组。利用这样的组份和分离的方法，编译器可以组装一个设备。比如说你想制造各种不同类型的机器人。你可以在数据库中寻找所需要的组件。寻找的过程可以让你进入设备中的每一个组件。我们利用机械组件，可以制造出机器人的身体，还可以创建一个计算架构。这里有相关的控制器，还有计算组件。

所有子模块进行整合之后，接下来就是制造文件。我们可以远程生产这些制造文件，然后把这些制造文件发给激光切割机进行切割。最后，添加所有电器组件，根据机器人设计要求最终形成一个可以运作的机器人，这样的机器人不仅仅是有着计算的架构和机械的身体，而且有一个编程的环境。这样的编程环境是自动形成的，是在生产形成机器人的机械和电子组件的时候，自动形成了这样的计算能力。

那么，到底如何制造一个机器人手臂，还有这样的编程，以及如何把它和代码结合在一起，让用户可以控制角度，控制捡起，或者丢下呢？机器人的制造和编程方法非常简单，不过，却需要花费很长的时间。因为在制造过程中，需要把它卷起来，通过烤炙加热的方式进行去扁平化。加热之后，会产生一种磁场来控制机器人的走向。通过这种方式驱动机器人，使它可以在地上或者水上运行，既能快速的运行，又能推动重物，同时还能够在比较粗糙的表面运行。

机器人不再神秘

我们不断地在谈如何制作机器人，那么制作机器人到底有什么秘密呢？秘密就在于我们可以控制机器人每一个阶段的折叠方式。我们可以建立一个3D网状模型，然后进行网格简化，最后根据这个简化网格可以制造一个计算流程，这个计算流程可以识别如何把一个空间切成机器人的身体，并把它变成一个自我折叠的板料，通过烤箱折叠成所需的形状。机器人顶部和底部都包含着材料，中间的一层是特殊材料，它是一种在烤箱中可以进行缩紧的材料，这样可以控制机器人的一些角度，可以向上或者向下。

大家可以想象一下当前的世界，每一个孩子都可以有一个机器人，可以上学的时候带着，帮他们学这些算法、物理和计算的思维。可以想象一下这些技术可以能够像一个小猫一样，作为宠物来玩。或者有一天机器人可以帮孩子准备他们想吃的东西，或者有一天机器人可以干更多的事情。在一则短片里，讲的是机器人的花园，里面包含200多个机器人，包括机器人的花园，还有羊，以及鸭子等等。这些花可以通过非常有意思的方式进行控制，羊和鸭子可以通过磁场和设备进行控制。这是我们对制造这种类型的平台感兴趣的主要原因。因为这些平台不仅可以使我们计算，同时也有机会表达自己的一些感想。

在这个花园当中，大家可以看到羊，鸭子，可以看到用户界面，花园的组织方式，以及每一个机器人的位置，以及机器人能够做的一些动作。从教育的角度来讲就是这个平台可以进行算法视觉教学，也可以进行图片色彩教学。通过这种方式可以使美学和计算融合起来，将计算机科学或者机器人作为一个学科，在这个领域里研究是非常有意思的。

除此之外，我们还可以做一些什么呢？我们可以把这些技术通过一个项目放在大众的使用中，比如我们有一个雨伞项目，我们可以给很多人发一些雨伞，这些雨伞是我们通过快速制作的3D打印技术打印出来的，这些预算的颜色可以进行编程，伞可以是绿色、蓝色、红色，它是通过简单的色彩控制系统来实现的。我们的目标就是通过给人们高度的指令，可以让这些人进行自我组合，来创造出一些集体的行为艺术。这里有一个模拟器，我们看可以通过什么样的高度指令，使很多的机器变成图形，并展示出一些有意思的形状。大家可以组成蓝色的圈圈，或者其它颜色的圈圈。我们在这个系统里可以将我们的雨伞发给公众，给公众一些指令，给出指令的人拿雨伞四处形走，形成各种各样的形状。这样，大家可以看到雨伞项目的结果。

另外，我们还可以把非常优美的展示艺术和公众结合在一起，我们有一个机器人它是由LED灯所覆盖的，它可以通过控制进行飞行，与人进行合作，并实现机器人与人的共舞。

我非常相信机器人可以进行大量的产品制造，可以实现定制生产，在未来我们可以在自己的家里设计机器人，我们可以对它们进行定制化生产。制造一个机器人需要花费几年的时间会成为过去式的。在不久的将来，只需要几天的时间就可以将机器人快速且便宜的制造出来。现在制作机器人的方式和过去的编译非常相近，过去进行编程就是0和1之间的编程，现在想象一下硬件编译器能力之强，可以能够把整个机器的每一个功能进行细分，能够使我们的生活更加简单，通过按一个按钮，我们可以获得一个机器的物理化。我们虽然没有完全实现这个目标，但是已经有了很好的进展，未来还会有大规模的生产。以后，人们可以获得更多的计算机。最后，我还希望并呼吁年轻人能够积极投身于研究机器人的领域，将自己的奇思妙想切切实实的转化成现实的技术，从而丰富并简化人类的生活，进而使这个世界实现智能化的操作。

（根据丹妮拉·鲁斯教授在百度百家的THE BIG TALK上的演讲内容整理而成）