“大白”離我們并不遠(yuǎn)

張晶晶

作為迪士尼與漫威聯(lián)合出品的第一部動畫電影，《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》可謂取得了巨大的成功。2015年2月23日，《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》斬獲第87屆奧斯卡“最佳動畫長片”獎。

主角之一的機(jī)器人大白成為媒體和影迷關(guān)注的對象。憨態(tài)可掬并且溫暖治愈的形象設(shè)定，讓諸多影迷為之傾倒。在故事本身之外，該片中的各種機(jī)器人也賺盡眼球。事實(shí)上，影片中的醫(yī)療機(jī)器人、微型機(jī)器人以及神經(jīng)傳感控制機(jī)器人正是當(dāng)下諸多科學(xué)家正在努力的方向。

現(xiàn)實(shí)版大白

2011 年，《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》的聯(lián)合導(dǎo)演之一Don Hall拜訪了Chris Atkeson教授位于卡耐基梅隆大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，Chris向其展示了當(dāng)時(shí)正在研發(fā)的充氣手臂，目的是想創(chuàng)造出一種“柔軟而又安全的機(jī)器人”——希望它將來有一天能照料老人，比如自己的父母以及以后要老去的自己，如給他們穿衣服等。

導(dǎo)演Don似乎從此次拜訪中獲得了嶄新的靈感，從而將原作中那個(gè)巨型變形機(jī)器人改造成了后來的大白—— 一個(gè)能夠陪伴人們的個(gè)人醫(yī)療保健型充氣機(jī)器人。影片中的大白可以檢測出人們的疾病和受到的傷害，會想盡辦法撫慰人們的傷痛。一個(gè)溫暖的擁抱讓許多人感慨萬千：好想擁有一個(gè)大白。

雖然機(jī)器人專家Chris并不喜歡這些塑造了機(jī)器人美好未來的電影，因?yàn)槟菢拥纳铍x我們還很遙遠(yuǎn)。但是他卻希望人們知道，目前陪伴型個(gè)人醫(yī)療保健機(jī)器人已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)大白的部分功能，而且他堅(jiān)信，未實(shí)現(xiàn)的那些也指日可待。

目前，美國和日本都正在開發(fā)制造醫(yī)療機(jī)器人。美國老牌移動醫(yī)療公司In Touch Health目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了美國1萬個(gè)社區(qū)與診所的互聯(lián)，作為其戰(zhàn)略投資方之一的美國頂級機(jī)器人公司iRobot推出了移動機(jī)器人平臺Ava，已經(jīng)成功在醫(yī)療業(yè)運(yùn)用。通過使用該平臺，機(jī)器人可以在社區(qū)醫(yī)院、患者家、病房等地方發(fā)揮醫(yī)生替身的作用。而醫(yī)生通過遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，就能夠長期跟蹤患者，監(jiān)督其生活，為其提供更徹底的治療。

由日本早稻田大學(xué)發(fā)明的機(jī)器人，更加接近大白的設(shè)定，其最重要的目標(biāo)就是模擬人類護(hù)工。這款機(jī)器人的手部可極力模仿人類，如撿起吸管、擠番茄醬等，預(yù)計(jì)很快將投入使用，用來照顧老人和病人。但是這款機(jī)器人定價(jià)昂貴，約合人民幣155萬元，可不是一般人能使用得起的。

以小為大的微型機(jī)器人

除了大白之外，《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中令人耳目一新的莫過于由小宏發(fā)明、后被卡拉漢教授竊取的微型機(jī)器人了。小巧的微型機(jī)器人通過集中組合，可以自由變換各種形狀、組成各種物體。

以小為大的想法看起來十分巧妙，問題是，這樣的奇思妙想能夠成為現(xiàn)實(shí)嗎？

事實(shí)上，在剛剛過去的2014年，集群機(jī)器人的研發(fā)已取得了突破性進(jìn)展。來自哈佛的科學(xué)家Radhika Nagpal憑借集群機(jī)器人入選英國《自然》雜志評選出的2014年度十大人物，而她的代表作正是1 024只名叫Kilobot的微型機(jī)器人。

Nagpal的想法最初源自生物界。自然界存在著很多群集性昆蟲，比如蜜蜂、螞蟻。即使沒有領(lǐng)導(dǎo)者，這些生物在大群體中仍然可以共同合作，完成很多復(fù)雜的工作。她希望把這種集群工作的方式嫁接到機(jī)器人身上。

Nagpal和她的團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)的小機(jī)器人Kilobot，只有一美分硬幣大小，配備一個(gè)微型處理器、一個(gè)紅外傳感器，并使用振動式馬達(dá)來移動。每一只Kilobot都具備兩種運(yùn)動模式，并且能與其他機(jī)器人進(jìn)行通訊交流——前提是二者的間距不超過10厘米（也就是相隔6個(gè)Kilobot）。這些機(jī)器人之間彼此通過紅外線進(jìn)行交流；紅外線也是Kilobot和主控臺進(jìn)行交流的方式，由主控臺直接告知機(jī)器人運(yùn)行何種程序。能夠同時(shí)向所有機(jī)器人發(fā)出無線程序指令是Nagpal團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢。其他許多指令也是可以規(guī)?；瘓?zhí)行的，包括電源開關(guān)及充電。

一旦通過紅外LED的脈沖與周圍的“伙伴”取得聯(lián)系，Kilobot們高蹺的“腿”便可以通過輕微的振動來移動。得到指令之后，1 024個(gè)Kilobot便可以展開分工合作，它們能自行組成星星、扳手和字母“K”的形狀。

在此之前，機(jī)器人集群的組成個(gè)數(shù)不超過100個(gè)，主要原因是造價(jià)昂貴，大部分關(guān)于集群機(jī)器人的研究只能依靠計(jì)算機(jī)模擬。而Kilobot的造價(jià)僅有14美元，如果未來考慮借助3D打印技術(shù)的幫助，生產(chǎn)成本有可能進(jìn)一步降低。

Kilobot的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一Michael Rubenstein曾在接受媒體采訪時(shí)表示：“它們可以自動變換形狀來適應(yīng)當(dāng)前的任務(wù)，你甚至可以讓他們構(gòu)建出其他機(jī)器人?！比绻f在《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》上映之前人們還難以想象他說的是什么，如今影片中那些頗具沖擊力的場面正是答案。

用意念控制的機(jī)器人

《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中反派卡拉漢教授利用微型機(jī)器人上山下海，小宏和大白以及小伙伴們搶奪卡拉漢的面具，原因是“神經(jīng)傳導(dǎo)器”在里面。沒了神經(jīng)傳導(dǎo)器，卡拉漢就會失去對微型機(jī)器人的控制。

用意念控制機(jī)器人早已不是“遙遠(yuǎn)”的夢想。20世紀(jì)科學(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大腦能夠產(chǎn)生有規(guī)律的電波，于是有了“腦機(jī)接口”方面的研究，試圖通過腦電波來控制外部設(shè)備。

但與電影中的應(yīng)用方式不同，目前神經(jīng)控制機(jī)器人中最值得關(guān)注的發(fā)展和應(yīng)用，主要體現(xiàn)在義肢上。

在2014年巴西世界杯開幕式上，巴西癱瘓少年平托借助腦控外骨骼開球，給全世界留下了深刻的印象。作為國際“再次行走計(jì)劃”的一個(gè)研究成果，該腦控外骨骼利用機(jī)動化金屬支撐結(jié)構(gòu)支撐少年的大腿，同時(shí)幫助他的大腿彎曲。在設(shè)計(jì)上，這款外骨骼由植入頭皮或者腦內(nèi)的電極探測到的大腦活動控制。信號通過無線方式傳輸給佩戴者身上的一臺電腦，電腦負(fù)責(zé)將信號轉(zhuǎn)化成具體的動作。

特別值得注意的是，研究小組為該外骨骼安裝了一系列傳感器，負(fù)責(zé)將觸感、溫度和力量等信息反饋給佩戴者。外骨骼由大腦活動控制并將信息反饋給佩戴者，是世界首次。

雖然神經(jīng)控制機(jī)器人技術(shù)尚未大范圍普及，但是對于患者來說仍然是個(gè)巨大的福音。

編輯/王一鳴endprint