快速定制个性化机器人不是梦

□文/丹妮拉·鲁斯

快速定制个性化机器人不是梦

□文/丹妮拉·鲁斯

现在，我们已经实现了机器人的大规模生产。我认为通过计算机，把机器人和人工智能结合在一起，我们就能快速地实现机器人的定制化制造。

现在，大力发展机器人产业已经被多个国家列入战略发展计划中，众多企业纷纷围绕机器人产业规划布局。多个行业因为机器人产业的发展而获益，其中获益最多的行业是汽车工业。在汽车行业，将近80%的组装流程都是靠机器人完成的。正因为如此，在制造业，特别是在汽车制造企业中，机器人的应用情况可以作为衡量企业自动化程度高低的重要指标。当然，对很多其他行业来讲，比如电子产品制造和飞机制造等行业，这种参照指标的意义就要比汽车行业小很多。这主要是因为，这些行业的产品生产成本比较高，产品的个性化程度比较高，制造时间比较长。

我认为，我们应该在所有的行业里，把计算机与机器人结合在一起，从而实现高度自动化水准的制造。为了实现这个目标，我们必须让机器人的功能更加强大，使机器人可以更加简单地与人进行互动。这就需要我们在进行定制机器人设备和生产线时做出更多努力。

人机需要交流互动

首先，机器人现在可以做一些什么工作呢？设想一下，如果在我们的厨房里有个钢筋铁骨的机器人厨师，它是不是可以做出任何你想吃的东西呢？答案显然是否定的。因为在我们的厨房里，虽然看起来橱柜很整齐，但其实里面装满了各种各样的用具，而且这些物品以不同的方式组合在一起，机器人很难识别、操控。所以，在人类日常使用的厨房里，让机器人来做大厨，就显得非常困难。

如果我们稍微把厨房的内部环境根据机器人的应用功能做一些改变，是不是机器人操作起来就会变得方便些了呢？答案是肯定的。我们可以把以人类为中心的工作环境改变得更加适合机器人工作，甚至使其在厨房内部可以与人进行互动。机器人可以浏览数据库里的菜谱，然后进行在线处理。人们可以在它的头部安装上摄像机，通过摄像机拍摄前方的物体，并将数据传输到处理器中。经过一系列计算后，机器人就会知道它需要哪些原料、如何拾取，以及如何将这些原料进行混合，进而完成饭菜的加工制作。这样的场景就体现出机器人与计算机的结合，与人互动交流，最终实现智能化发展。显然，这也是人类希望看到的。

我之所以讲这些，无外乎是想强调机器人的重要性。想象一下，如果机器人可以在非常凌乱的厨房内找到其所需的物品或食物的原材料，那将会是一件多么令人振奋的事情。那时，机器人便可以自然地与人互动，它可以将人类的语言指令分解成若干指令，再根据指令完成接下来的操作过程。

有些时候，机器人的动作也许会忽然中断，这就代表指令出现了错误。此时，机器人就需要人类的帮助。人类可以帮助完成机器与人的直接互动。这个时候，机器人和人类之间的互动方式就改变了程序执行的过程——人类帮助机器执行某个动作才能解决中断的问题。

通过指令，人类可以进一步和机器人用自然语言进行交流，进而获得更加有效的互动结果。但是这种人机交流也是需要特定的方法的。如果机器人说“帮帮我”，人类就无法得知机器人到底需要哪些帮助。但如果机器人说“请把橱柜中的辣酱给我，因为太高了我够不着”，人类当然就可以清楚地了解到机器人需要我们怎样帮助它，机器人就可以顺利执行之后的操作了。

假如机器人发出的指令很模糊，人类理解不了它有什么需求，那又该怎么办呢？凡事总有解决的办法。人类完全可以来到它跟前说，“好的，我可以帮助你，你想让我帮你什么忙？”这种互动就代表人类想要了解机器人究竟需要人类做些什么，比如帮它把桌子挪开等。

这个例子向大家展示出，如果人类希望让机器人参与到日常生活中，那么我们就必须做出努力，使这些机器人和人类能够进行互动。此外，我们还需要思考与机器人进行沟通交流的安全性。

数字制造的新变革

数字制造已经给我们的生活带来巨大的改变，那么，我们怎样利用数字制造技术来生产机器人呢？基于3D技术的发展，可以想象，未来我们将利用3D打印技术生产出新型材料和新型机器人。

上文我举了个机器人走进厨房当厨师的例子，能够帮助人类做饭的机器人当然能力非常强大。不过，要想生产出这样的机器人，却是非常困难的，而且恐怕需要很长时间才能实现。

这就引出了一个问题——我们是否可以快速地生产出定制化的机器人？要想解决这个问题，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类似于人体细胞的智能模块组成，这些细胞可以结合在一起，形成一个部件，一些部件还可以组成更大的部件，或者解体重组成另外一个部件。大家可能看过《终结者2》这部电影。电影中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，可以生出第三只手，或者可以将一种工具创造性地变形成另外一种工具。这样的机器人可以随时拆装或整合，成为另外一个实体。当你需要时，它就能够变身成为一种新型工具。

当然，我们在实际生活中可能生产不出这样的机器人。虽然这种设想目前无法实现，但是我们可以采取这样的思路，利用一些智能元器件帮助人类进行生产制造。目前我们已经可以制造出来骰子大小的智能模块，在这个模块中包含了一整套智能结构，如CPU、电机、存储器，以及通信装置。有了这些技术和产品做基础，人们就可以把更多的智能模块按照设计要求自动组装成更大的模块，甚至是一个完整的机器人。

有了模块化的机器设备的想法之后，我又开始设想能否创造出某种细胞，这种细胞可以跳，可以旋转，可以形成各种各样的形状，让它们形成一个细胞体系。这样一来，我们就能够制造出各种形状的机器人。

而另一个方案是，我们可以创建一种流程，这种流程可以帮助我们快速制造出多功能的机器人。这仅仅是个设想，同时也是我们的愿景。我们希望使用者可以随时随地按需制造出自己期望的设备。

举例说，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。那么，有这样一个店铺，它为艾丽斯展示其制造的所有组件还有相关设计。根据需求，她找到了一种解决方案。这样，艾丽斯便可进入编程环境中，为她的猫咪“制造”出一个伴侣。不过，这仅仅是我想象的画面。

再举例说，美国麻省理工学院（MIT）设计出一种新型的机器人，尽管还达不到十分精准的要求，但是我们的设计系统已经能够设计并创建出满足指令要求的机器人。系统的编程模块能够接收外部指令，然后生产出满足要求的机器人。当然，这个过程中间还需要编译器，用来存储高级指令。一旦有了相关设计，编译器就会自动地确定某个功能的拆分，解析出机器人可以有哪些组成部分？功能分别是什么？这样，我们便可利用这样的解码功能来形成机械模组、电器模组。利用这样的组合分离法，编译器可以组装出一个设备。比如你想制造各种不同类型的机器人，便可以在数据库中寻找所需要的组件。我们利用机械组件，就可以制造出机器人的身体，同时可以创建计算架构。所有子模块进行整合之后，接下来就是准备制造流程文件。我们可以按照文件进行远程生产，让激光切割机按照文件要求进行切割。最后，我们再添加所有电器组件，根据机器人设计要求，最终形成一个可以满足要求的机器人。这样的机器人不仅仅有计算的架构和机械的身体，而且有一个可编程的环境。这样的编程环境是自动形成的——在生产机器人的机械和电子组件时，自动形成该计算能力。

机器人的制造和编程方法理论上很简单，但实现起来却需要花费很长的时间。正如机器人研究专家汉斯·莫拉维克所观察的：“如果让计算机展示成人水平的智力测试或玩跳棋是一件相对容易的事情，但当涉及知觉和机动性时，即使让它完成一岁幼儿的某些技能也是非常困难或者不可能的。”

3 D打印个性化机器人

MIT不断研究制作机器人的方法，我们制作的机器人到底有什么秘密呢？秘密就在于可以重组结构并自行折叠成任意形状的机器人。机器人几乎全部构件都是由激光切割而成，在它们身上装上电池后，就能自行折叠站起来，移动到一边去。我们还曾做过一种用激光切割材料制造的“烘烤机器人”，当均匀加热时能自行组装。新研究与之很类似，它由电路网络控制而不是烤箱或电炉把热量传递给启动折叠关节。令人兴奋的是它的几何支点，让我们有能力把它折得更多。因为我们能制定顺序，所以能进行更多控制，主动决定折叠结构并让它行走。机器人的板材有5层，均由数控激光切割制作，中间层是铜电路网，夹在两层纸板之间，顶层和底层是形状记忆聚合材料，受热会折叠。5层合在一起后，再在顶面装一个微处理器、一个或多个小马达就完工了。在样机中，安装这些附件是人工操作，将来会由一个机器人“挑选与安装”系统来执行。

想象一下，将来的某一天，每个孩子都拥有属于自己的一个机器人，帮助他们学习这些算法、了解其中的物理知识和其中有关计算的思维逻辑。这些技术能够像一个小猫一样来陪孩子玩耍，寓教于乐。也许有一天，机器人可以帮孩子准备他们想吃的东西，或者，机器人可以干更多的事情……这些机器人不仅可以帮助人类完成计算的任务，同时也能够表达自己的一些感想并与人进行交互。

除此之外，机器人技术还可以做一些什么事情呢？MIT有一个雨伞项目，该项目生产的雨伞是我们通过快速的3D打印技术打印出来的。我们对雨伞的颜色进行编程，那么伞就可以呈现出绿色、蓝色或是红色，雨伞的颜色则通过简单的色彩控制系统来混合而成的。另外，MIT也重视艺术与机器人技术的结合。我们设计了一台机器人，它的表面由LED灯所覆盖。通过控制，机器人可以飞起来，并与人进行合作，实现人机共舞。这就是艺术与技术的完美结合。

我坚信，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自行设计机器人，我们也可以对它们进行定制化生产。在不久的将来，只需要几天的时间，我们就可以将机器人快速且便宜地制造出来。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，而现在的程序编译器能力变得多么强大。未来，通过一个按钮，我们就可以自动实现制造个性化机器人的全过程。虽然MIT还没有完全实现这个目标，但是在这方面已经有了很好的进展，未来还会有大规模的生产。

最后，我还希望并呼吁年轻人能够积极投身于机器人研究，将自己的奇思妙想转化成切切实实的技术，丰富并简化人类的生活，使这个世界实现智能化的操作。（本文根据丹妮拉·鲁斯在The BIG Talk上的演讲内容整理而成。）

丹妮拉·鲁斯

麻省理工学院电气工程及计算机科学学院教授麻省理工学院电脑与人工智能中心主任