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亦真亦幻 AI讓虛擬世界“觸手可感”

來源： 科技日報 日期：2019-06-17 責(zé)編： 環(huán)球科技網(wǎng)

近日，日本一項“虛擬觸覺”技術(shù)讓AI觸覺方面迎來好消息。這項技術(shù)可解決虛擬現(xiàn)實（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）技術(shù)“看得見摸不著”的問題，有望在今年底明年初首次推出應(yīng)用這種技術(shù)的游戲產(chǎn)品。

　　那么，AI能怎樣提升觸覺感知？如今研究人員在進(jìn)行哪些嘗試？未來將會應(yīng)用到哪些方面，惠及人們的生活？

　　可提升人的感知能力
　　發(fā)明“虛擬觸覺”技術(shù)的日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所研究人員中村則雄認(rèn)為，“虛擬觸覺”的本質(zhì)在于“欺騙”大腦。研發(fā)人員研發(fā)出的手握式設(shè)備，主要通過設(shè)備發(fā)出特殊的震動波來刺激皮膚，傳遞信號“欺騙”大腦，從而讓人獲得各種觸感體驗。

　　“日本的這項技術(shù)比較前沿，還處于實驗室狀態(tài)?，F(xiàn)在的主要方式是通過AI與傳感器結(jié)合，感知壓力、溫度，還有震動，來實現(xiàn)‘摸到’，當(dāng)然還不能完全把現(xiàn)實中的感受一一模仿出來。”遠(yuǎn)望智庫人工智能事業(yè)部部長、圖靈機(jī)器人首席戰(zhàn)略官譚茗洲在接受科技日報記者采訪時指出。

　　人類的雙手堪稱大自然的神奇杰作，靈巧、反應(yīng)快、能穩(wěn)定拿取東西。而“讓機(jī)器實現(xiàn)簡單的抓握并保持穩(wěn)定等功能，可相當(dāng)不容易。更不用說試圖讓機(jī)器人進(jìn)行目標(biāo)導(dǎo)向的任務(wù)了。”譚茗洲指出。

　　不久前，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人專家馬修·T·梅森發(fā)布的《邁向機(jī)器操控》報告稱，“AI研發(fā)人員開發(fā)出打敗人類棋王的下棋系統(tǒng)，但還是需要人類來移動棋子。顯然，機(jī)器人可以移動棋子，但遠(yuǎn)不及人類。”

　　梅森進(jìn)一步指出，機(jī)器手難以操控，主要體現(xiàn)在構(gòu)造方面，要做到如雙手般靈巧，設(shè)備必須施加足夠的力量來抓握和移動具有重量的物體，有足夠的運(yùn)動自由度，能精確快速移動，且表面應(yīng)采用柔軟材質(zhì)，易于更換，并且造價低廉。更重要的是設(shè)備要具有知覺，有感知才能了解環(huán)境場景，同時還需要提供高分辨率信息，包括接觸位置和力量交換，而光靠計算機(jī)視覺并不足以了解環(huán)境場景，未來這種缺點將在一定程度上通過觸覺傳感得到解決，但目前設(shè)備和解決方案尚未完全到位。此外建模和控制也是關(guān)鍵，研究人員需要有操控過程的模型，以便能進(jìn)行分析、模擬、計劃和控制，許多潛在的情況很有挑戰(zhàn)性，像單邊接觸、摩擦接觸、沖擊和變形等。

　　“雖然目前還不能讓AI全方位模擬人手的感覺，但如果把局部研究透，也相當(dāng)于增強(qiáng)人的感知能力?；蛟S還能夠補(bǔ)充人類所不具有的能力，比如對紅外波的感觸。另外，可通過AI研發(fā)高靈敏度的假手，用于義肢，做更精確的傳感，助力殘障人士的生活。”譚茗洲表示。

　　電子皮膚或成突破口
　　相比聽覺和視覺，觸覺技術(shù)一直是機(jī)器人技術(shù)難以突破的短板。由于觸覺最直接的是通過皮膚感知，所以電子皮膚成為觸覺研究者青睞的課題之一。

　　最近，約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新的電子皮膚，可以通過感知刺激將信號傳遞給周圍神經(jīng)來重建觸覺。研究人員把電子皮膚套在受試者指尖，測試結(jié)果表明，受試者能夠?qū)怃J物體和圓滑物體表現(xiàn)出疼痛和非疼痛的反應(yīng)，說明至少在部分功能上，這種電子皮膚稱得上成功。只不過其對溫度的感應(yīng)還不太靈敏，尚須改進(jìn)。

　　日前，英國曼徹斯特大學(xué)與北京他山科技有限公司共同成立人工智能觸覺傳感聯(lián)合實驗室，計劃研發(fā)一款人工智能觸覺芯片及通用解決方案。“基于脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，研發(fā)電容觸感技術(shù)，將之應(yīng)用到人工智能機(jī)器人的皮膚上，尤其是手和腳上，采用優(yōu)于目前通用的深度學(xué)習(xí)算法，提取更為抽象的特征數(shù)據(jù)，使得AI可以快速實時作出決策，從而使機(jī)器人獲得與人類接近的觸覺感知，打通服務(wù)類機(jī)器人商業(yè)應(yīng)用的瓶頸。”他山科技公司總經(jīng)理孫滕諶介紹說。

　　譚茗洲表示，加上人工智能算法的觸覺感知技術(shù)，與機(jī)器人結(jié)合，通過大數(shù)據(jù)收集信息，讓模擬現(xiàn)實的感受更真實。這種技術(shù)理論上非常有前景，有望開發(fā)出虛擬智能觸摸系統(tǒng)，實現(xiàn)從手勢到壓觸的全智能感應(yīng)，讓AI擁有觸覺、滑覺、壓覺、濕覺、力矩覺等功能；同時還能研發(fā)出多種觸覺功能，讓AI能感知物體的溫度和重量等。

　　具有廣闊應(yīng)用前景
　　“先期的觸感技術(shù)開發(fā)體現(xiàn)于觸覺反饋手套，能夠感受到‘手中’的虛擬物體，大多應(yīng)用在電子游戲中，創(chuàng)造真實的觸覺感受，而在人機(jī)交互中增加觸覺技術(shù)，能夠加強(qiáng)人們對機(jī)器的控制，將會有更為廣闊的應(yīng)用，大大促進(jìn)遠(yuǎn)程制造、醫(yī)療、教育、購物等方面的發(fā)展。”譚茗洲指出。

　　據(jù)介紹，目前機(jī)器手主要應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境。一般來說，工業(yè)機(jī)器人手部設(shè)計常見的有兩類，最廣泛的是“抓手”，由兩三個金屬制成的夾具組成，用于夾取物體；另一種則是特殊手部，像吸盤、磁吸裝置，實現(xiàn)特定物體的抓取，如在生產(chǎn)流水線上夾取零件，或在倉庫、工廠里用吸盤吸住貨箱來搬貨。

　　在常見的微創(chuàng)手術(shù)中，由于切口實在是太小，外科醫(yī)生都恨不得拿放大鏡盯著看。2016年澳大利亞迪肯大學(xué)和哈佛大學(xué)專為腹腔鏡手術(shù)聯(lián)手打造一款微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人HeroSurg，讓醫(yī)生在遠(yuǎn)程手術(shù)中獲得觸覺。大量研究表明，給手術(shù)機(jī)器人添加觸覺反饋能提高手術(shù)精準(zhǔn)度，減少組織損傷和手術(shù)時長。觸覺反饋還可以讓醫(yī)生在VR手術(shù)中進(jìn)行零風(fēng)險訓(xùn)練，同時體驗到實際切割和縫合的感覺。

　　穿戴式觸覺設(shè)備可以通過震動和用戶交流。神經(jīng)科學(xué)家大衛(wèi)·伊格曼團(tuán)隊開發(fā)一種帶有32個震動電機(jī)的背心——VEST。這種背心曾在科幻劇《西部世界》中出現(xiàn)過，能幫助角色發(fā)現(xiàn)正在接近的敵人。

　　目前，穿戴式觸覺設(shè)備最有前景的應(yīng)用之一是把聲音轉(zhuǎn)化為觸覺，使聽障人士更容易理解口語。同樣，各類視覺信息也能轉(zhuǎn)化為震動，供盲人理解視覺世界。

　　觸覺式遠(yuǎn)程機(jī)器人則能實現(xiàn)安全的人機(jī)交互。這種技術(shù)結(jié)合高清視頻、音頻和交互式組件，在網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建一種獨特的“面對面”體驗。卡爾伯森實驗室正在開發(fā)一種“數(shù)據(jù)驅(qū)動觸覺”設(shè)備，能逼真模擬物體表面的粗糙度、硬度和光滑度。這種模擬并不依賴于復(fù)雜的算法和物理模型，只需收集物體劃過各種表面材料時的數(shù)據(jù)。如當(dāng)用筆劃過屏幕時，屏幕上就能獲得相應(yīng)的反饋——不同反饋對應(yīng)不同的紋理。未來其可應(yīng)用于在線購物和虛擬博物館。

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