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視覺中國(guó)

五感幫助人們認(rèn)知世界，人工智能也致力于模仿這些本領(lǐng)。隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)步，模擬視覺和聽覺的技術(shù)發(fā)展迅速，但嗅覺、味覺、觸覺方面則出現(xiàn)“瘸腿走路”的狀況。近日，日本一項(xiàng)“虛擬觸覺”技術(shù)讓AI觸覺方面迎來好消息。這項(xiàng)技術(shù)可解決虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（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(huì)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(dòng)波來刺激皮膚，傳遞信號(hào)“欺騙”大腦，從而讓人獲得各種觸感體驗(yàn)。

“日本的這項(xiàng)技術(shù)比較前沿，還處于實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)。現(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(dòng)，來實(shí)現(xiàn)‘摸到’，當(dāng)然還不能完全把現(xiàn)實(shí)中的感受一一模仿出來。”遠(yuǎn)望智庫(kù)人工智能事業(yè)部部長(zhǎng)、圖靈機(jī)器人首席戰(zhàn)略官譚茗洲在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(bào)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(dòng)棋子。顯然，機(jī)器人可以移動(dòng)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(dòng)具有重量的物體，有足夠的運(yùn)動(dòng)自由度，能精確快速移動(dòng)，且表面應(yīng)采用柔軟材質(zhì)，易于更換，并且造價(jià)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(chǎng)景，同時(shí)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(jì)算機(jī)視覺并不足以了解環(huán)境場(chǎng)景，未來這種缺點(diǎn)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(jì)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。或許還能夠補(bǔ)充人類所不具有的能力，比如對(duì)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(hào)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(cè)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(duì)溫度的感應(yīng)還不太靈敏，尚須改進(jìn)。

日前，英國(guó)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(shí)驗(yàn)室，計(jì)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(shí)時(shí)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(shí)的感受更真實(shí)。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(shí)現(xiàn)從手勢(shì)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(shí)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(shí)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(duì)機(jī)器的控制，將會(huì)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(gòu)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(jì)常見的有兩類，最廣泛的是“抓手”，由兩三個(gè)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(shí)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(cāng)庫(kù)、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(shí)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(shí)長(zhǎng)。觸覺反饋還可以讓醫(yī)生在VR手術(shù)中進(jìn)行零風(fēng)險(xiǎn)訓(xùn)練，同時(shí)體驗(yàn)到實(shí)際切割和縫合的感覺。

穿戴式觸覺設(shè)備可以通過震動(dòng)和用戶交流。神經(jīng)科學(xué)家大衛(wèi)·伊格曼團(tuán)隊(duì)開發(fā)一種帶有32個(gè)震動(dòng)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(dòng)，供盲人理解視覺世界。

觸覺式遠(yuǎn)程機(jī)器人則能實(shí)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(dú)特的“面對(duì)面”體驗(yàn)。卡爾伯森實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)一種“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(shí)的數(shù)據(jù)。如當(dāng)用筆劃過屏幕時(shí)，屏幕上就能獲得相應(yīng)的反饋——不同反饋對(duì)應(yīng)不同的紋理。未來其可應(yīng)用于在線購(gòu)物和虛擬博物館。