美国斯坦福大学教授 Allison Mariko Okamura新浪科技讯 8月25日消息，2017世界机器人大会在亦庄正式开幕，大会于8月23日至27日举行。本届世界机器人大会以“创新创业创造，迎接智能社会”为主题，大会，分为论坛、展览、比赛三部分。展览部分展出面积约5万平方米。全球机器人行业的领先企业携“明星”展品悉数亮相，展示了机器人行业产业链上下游各环节的最新技术应用，勾勒出一幅充满未来感的机器人世界图景。
8月24日大会主论坛上，美国斯坦福大学教授 Allison Mariko Okamura 发表了“触觉反馈技术：人机交互的工程感知”的主题演讲，以下为实录：
Allison Mariko Okamura：非常荣幸能够和大家介绍一个我特别关注的话题，就是人机协作的工程触觉，今天我是作为美国斯坦福大学的教授来做这样的演讲。
什么叫做触觉反馈技术？它可以是非常宽泛的一个概念，就是和触觉有关，但是它比触觉更加复杂。因为人的触觉有很多组成部分，包括你的皮肤的触感，但是大家知道对皮肤产生影响的有很多因素，比如温度、湿度、振动力等等，所有的这些都是和皮肤上的生物接触系统有关系。但是如果作为机器人的话就需要模仿你的皮肤，因为皮肤还是跟你的神经系统相联系，最后反应到你的大脑。一些力的方面的信息也很重要，因为可以让我们知道这个力所施加的地方。大家可以像我这样把手举到头上，把几个指头放到一起，可能第一次你碰不到，这也是因为人对触觉的觉察并不是完美的，可是我们大概知道身体的每一个组成部分的位置，即便你做的不够完美，但你总是可以做到的，而且对人类来说在黑的地方也可以把帽子戴到头上。人对触觉是有天然的感知，而且对力的感知也是非常好的。
这些都是触觉反馈，它们需要能够在机器人的身上实现，其实这对我们来说也是一个技术性的挑战。正是因为人类拥有这样的触觉反馈能力，所以能够从事舞蹈或者体育运动。很多人缺少这种触觉，这是一个使用了义肢的残疾人，她的触觉已经消失了，因为手臂被截肢了，所以我们给了她一个机器人手，也是有很多的感应器。如果没有这种触觉反馈的技术就没有办法实现这种假肢的感知，因为在她的胸部有一个小的感应器，这个感应器主要是为了感应来自机器臂所受到的力，然后会传递到身体的其它地方。这个手臂是非常灵活的，手指头可以动，所以必须把这些信息反馈回来，触觉反馈在这种情况下仍然是一个很大的挑战。
现在我们也在这些领域进行开拓和发展，有些情况下我们可能需要对一些机器人进行远程的控制，比如宇航员可能会在国际空间站内部去控制在外部的这些机器人，比如他们在做科学实验或者对宇宙飞船进行修复，这个时候在远程控制的时候，这些操作任务也是需要触觉技术的，目前的很多情况下机器人还做不到这一点。另外的一些情况就是军事的使用，如果需要在地下找到地雷，或者是拆卸导弹的话，这些任务都是需要你有一个触觉。这是高危险的工作，这些工作当中人应该能够远程地控制机器人，然后能够把信息反馈给人类。刚才还有听到和医疗机器人相关的，就是有些远程的机器人手术，当然对机器人来说触觉也非常重要，需要感受到患者的器官。外科医生能够控制这个机器人，也能够控制机器人的触觉反馈感受这个患者的情况，以及对这样一些器官组织的感受。
刚才谈的都是一些特殊的场景，很多人都不是宇航员或者外科医生，但是我们也会使用智能手机、电脑和iPad，我们也需要这种触觉反馈。这种触觉从斯杰纳开始就在谈论了，人们谈的更多的不是你在控制机器，而是机器在控制你。当你按到机器的时候，你用一个指头去按，但是目前你按这个机器的时候虽然能够触摸到它，但是它对你是没有反应的，目前这样的消费者的产品当中还没有办法使得这个机器获得触觉，但是未来如果能够使得它获得触觉的话整个就会不一样。
视觉当然是非常重要的，可以使得我们做很多的任务，但是我觉得有一点非常重要。现在我们非常关注于这些人工智能，就是视觉和触觉之间的联系。它们相互之间是有互补性的，但它们的能力和方向是不一样的，我们也可以看到有些不一样的能力，它们怎样实现互补？如果要实现互补的话在工程上是有挑战的，首先是视觉，视觉也是靠感知的，感知是集中在一个地方的，而且它的范围是很广泛的，站在这里可以看到你们所有的人，同时它也是被动的，我不需要在这个会议室里走来走去看到最后坐的人，而且它也是认知性的，你看到的东西会反馈到你的大脑。手的触觉是不一样的，触觉是分布式的，因为全身上下到处都是触觉器官，同时也是非常狭窄的，因为当发生触觉的时候只是在你身体的一个部分，所以如果我希望提供更多的反馈，我们可能需要去扩展这个狭窄的触觉空间，也需要在身体上不同的地方同时产生触觉，这对工程学也是一个挑战。
我们产生触觉的时候不仅仅是被触到，也要主动地施加力量进行触碰。不管触觉反馈是什么样的，我们都可以通过它们获得相关的信息。还有一个挑战就是需要有能量，这也是目前我们在做消费者产品的时候比较困难的一点。这是一个经典的触觉反馈设备，也是一个小机器人，使用者手抓住这个操控杆，然后把它移动，这个时候小机器人就会移动起来。触觉反馈技术比较有意思的一点是，你可以根据你的需求对它进行激发，所以作为一个编程人员，可以说和一个虚拟物品的相互接触会产生什么样的影响。比如这样一个茶壶，如果去擦这个东西的话会产生什么样的影响，这是人和虚拟的图像或者虚拟的物体之间的互动，这些都需要我们对触觉进行研究之后才能做出来。
这是传统的触觉反馈设备，也是在虚拟的环境当中，如果想远程控制一个机器人的话也是这种虚拟物体的控制。比如我们刚才所说的外科手术或者空间站使用的时候，那么它就是一个远程控制的触觉反馈系统，实际上你是需要去估测它的力和环境，但并不是所有的触觉反馈设备都得是一个小机器人，我们也可以使得它成为一种穿戴的设备，可以更加直接地感受你的皮肤。这里有一个非常简单的系统，使用者可以在外科康复或者做太极，或者是瑜珈的时候需要改变这样一个行为、状态或者行动方式，这个时候身上贴的东西就可以产生触觉反馈。
目前触觉反馈领域发展到了什么程度了呢？这里我也想和大家分享一些案例。最近我做了一个小手术，他们使用了一些机器人的设备来支持，现在这些外科手术的专家有的时候手都不用触碰到患者，而是直接用机器人来进行就可以了。这里是一些人工制作的组织或者血管，也是用橡胶做的，可以看到这样的远程控制的达芬奇机器人是怎样对患者进行手术的，不同的组织和器官之间移动的时候有触觉反馈，所以可以很好地把信息反馈给人类的外科医生，外科医生可以根据他的反馈决定用多大的力。我们实际上需要这个信息的反馈，也需要信息给人工的操作者。
刚才教授已经介绍了达芬奇的系统，看起来挺大的，也有一些小的设备会进入患者的身体内部。我们可以对比一下图像技术和触觉技术，真正的触觉技术是把这个力直接反馈到外科医生那里，所以可以进行远程的控制，把力用绿色或者黄色表示。如果我们是用这样一个柱状图通过视觉的方式展示出来行不行？在这种情况下，外科医生在做的是在这样一个人工的组织上面去找比较硬的位置，找到这个位置之后再对它进行操作和手术，我们也做过实验，既有一些新手也有做过几百例的手术专家，他们并不完全依靠视觉的反馈，而是要把视觉的反馈和他们所感受到的触觉的力结合起来，其实这是通过我们自然的触觉反馈系统来获得。
如何把这些触觉技术进一步利用到我们的外科手术以及到其它的方面？目前这种远程的操作当中，实际上它有一个控制的问题，因为你必须要在透明度以及稳定度之间有一个平衡，所以我们不能用台式的设备，而是用可移动可穿戴的设备，这样就可以获得实时的反馈。要想做到这种可穿戴的设备，首先是要了解这种力的反馈度，比如让它先尝试触摸和皮肤质地类似的东西，我们可以用这种技术来做实验，产生一些触发反馈，整个控制循环当中要实现操作的稳定性。这种可穿戴的东西也有很多挑战，尤其是实现多个自由度的时候。如果要触摸一个东西的话，你对这个物体涉及到几个自由度。这个上面是有三个自由度的设备，也可以将你的皮肤转向几个角度，如果把几个手指并到一起的话，其实它也产生了几个角度的压力。
即使安装了如此复杂的设备，实际上也是很难产生一个非常自然的互动的效果，比如需要感受它的摩擦度，必须要把它做得非常自然，只有刺激肌肤而不是通过很大的力刺激才能让它变得非常敏感，因为每个都是有七个自由度，我们正在开发一些新的概念，使这个设备最终产生消费类的产品，实现非常高的触觉敏感度。
除了传统电机的技术之外，我们还有其它类型的技术，空间力学的气动技术也是另外一种方式。比如这里我们甚至可以测量一些比较敏感的部位的跳动，比如脉搏，因为在这个设备当中我们实际上是用空气压力来解决压力的问题，通过超声的技术实现这种比较微妙的压力感知。这是气动式的压力感知技术，通过气动的技术加上机器人实际上还涉及到其它的技术。这里的三个小视频实现的是一个新的机器人的概念，这种气动的压力可以使得机器人变得更长。这种技术也可以用在日本的同事讲到的灾后救援当中，这个东西可以做得非常的轻、非常的小，可以和人进行非常好的互动，这种设备也可以很好地和人的身体缠绕在一起，也可以很简单地拆卸下去，并且能够和人的身体产生比较紧密的接触。
气动的技术还能够让我们设计一些其它的设备，比如活跃表面的设备，它的表面是可以发生改变的，这个东西不只是穿在身上或者是用一个小棍子操纵，它的本身就是有着不同的气压感受的技术，并且有可变形的设备，它的表面是可以发生变化的。这种可变化的概念实际上是需要粒子挤压的技术，当你把气体挤压出去之后就变得非常硬了，这就改变了它的物理属性。当然还有一些其它的技术也可以进行使用，但是这种粒子挤压成本比较低，基本上很多实验室这种技术都可以做。每个细胞都可以进行挤压，通过粒子挤压的技术把它做得更为坚硬，然后把空气挤压出去。几十年前我们就有这样的梦想，希望能够实现这种可自动变形的，或者是表面能够变形的东西，人也可以对它做一些输入让它能够感知。
这里有些非常重要的算法，如果把三个细胞集合到一起的话，然后对空气进行挤压，这里大家可以想像操作的顺序是非常重要的。这样的设备实际上也是很花时间的，现在我们还没有这种3D打印出来的设备，但是现在已经很接近于达到这个程度了。由于形状的模拟，可以让我们很好地实现它的物理属性。我们能够创造出什么样的表面呢？甚至可以在不同的表面上实现这种闭环的控制，也是使用外部的视觉，未来也许可以嵌入一些更为灵活的传感器，让它能够实现更多的表面变形的程度。
最后再说一些挑战：如果我们想要打造100个阵列的矩阵，其实我们不可能推出这样的消费级产品，有些是被挤压的，有些是未被挤压的，形状也是有些不一样。如果我们想要做一个鸭子的形状，其实就需要一个真正3D的显示效果，包括粒子和传感器都是需要非常精密的。无论是设计、消费、医疗、辅助技术等等，它们都需要这种3D黏状的技术，可以帮助你很快地做出产品设计，甚至可以打造一些全新的可穿戴设备帮助你的设计有更好的触感。医疗领域我们也做了一些实验，医生甚至可以在软组织当中进行更仔细的检查。当然，这也是需要更好的显示效果。
简单地介绍一下教育领域，我们发现很多年轻的孩子都和这些有触感的设备进行互动，甚至可以从中学到很多东西。现在我们也在看如何能够将这种技术实际落地，但是现在实验室当中很多东西是可以进行编程的，但是对学生来说也有着不同的学习体验。我们甚至可以提供一些开源的技术，然后通过3D打印的技术将这些东西打出来。中国的Zips Studio正在和我们合作，开展一些非常简单的设备，成本可能只有不到50美元。
随着触感技术的不断发展，这种社交场合的接触也是我们需要研究的一个领域。一方面可以想一想数字技术如何推动现有技术的发展，除了这种面对面的沟通交流之外，其实人们在社交的过程当中还会有一些接触，所以这些东西也可以给我们提供一些帮助。最后我想要感谢美国机器工程师协会邀请我来到世界机器人大会，并且这些新的系统能够让我们相互学习，ASME其中的一个重要工作也是将我们联系到一起，也要感谢在座的各位聆听我的演讲。
