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  • 当高度智能的机器人“站”上手术台

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    • 时间:2016-09-26
    • 来源: 南方日报
    • 编译:zy
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       导读: 一个正待做手术的身体模型躺在手术台上,但围绕它的并不是医生,而是一台台轻型的库卡机器臂。它们正上下左右灵活地移动着,协助主刀医生共同完成一台手术。
     
      柏林时间4月19日和20日,南方日报德国调研组分别走进了卡尔斯鲁厄理工学院(以下简称“KIT”)机器人实验室和位于斯图加特的弗劳恩霍夫协会。当国内产业界正热衷推行“机器代人”计划时,调研组在这些德国顶尖的研究机构中却看到了另一番景象:机器人正通过肢体、视觉、触感等方式与人进行密切交流“对话”,高度智能的机器人甚至可以取代医生施行手术。
     
      之前,取代简单劳动是大家对机器人一种惯有印象,而医生则是一个被视为需要接受长时间训练的专业职业,德国正在研发的手术机器人真的会让医生失业?
     
      能随人一起运动的机器臂
     
      KIT是德国第一批精英大学的三所高校之一。这所拥有9000多名教师的高校也是德国一个国家级的大型研究中心,曾培育出多名诺贝尔奖获得者,其中知名的物理学家赫兹便出自该校。目前,机器人研发是该校一个跨专业研究的重点。实验室负责人Jrg Raczkowsky博士表示,他们正在从事通过人机交互界面、拟人化的机械手等方式,让机器人可实现多种适应性调整。
     
      在实验室里,有一台重达数十斤的机器臂,调研组试着用手轻轻一推,机器臂马上顺着人手的方向灵活移动。整个推动过程就像“牵”着小孩的手,机器臂能即时随着人手进行上下左右移动。同时,机器臂还会因力的大小有不同反应。往左用力一推,机器臂就会随之往左移动一段更长的距离。
     
      从精密的焊接到沉重货物的搬运,工厂中的机器人随着技术的改进越发智能。但人工智能发展的背后,机器伤人事件却并没有因为技术研究和实践的深化得以杜绝。2015年7月,德国卡塞尔市的大众汽车厂发生一起机器人伤人事故,一名21岁的外包工人在工作中忽然受到机器人的撞击挤压而受伤,最终伤重不治。
     
      要避免机器伤害人,首先要建立起两者的“对话”。“通过这种力学传感,人可以很方便地控制机器人,也同时避免发生人机碰撞事件。”该项目负责人介绍。
     
      相较于普通以编程控制的机器人,这个机器臂因为加装了力学感应装置被赋予“生命”。在它的“思维”中,不再只有设定好的程序路径,而是随时可以通过外部数据转换与人进行“肢体接触”,发出不同的力学反馈。
     
      不仅如此,部分机器人甚至都学会了“读心术”。一台看似普通的机器臂正按预设程序向左缓缓移动,当一个物体忽然出现在它前方几厘米处时,没有“眼睛”的机器臂却仿佛看到了一样,马上停了下来,顿一顿,开始往回缩。
     
      “这是通过电磁感应和人进行交互的机器人。”该项目负责人介绍,在机器手上装有8块电磁传感器,能根据不同方位的磁场强弱,准确分辨出物体的位置、大小和方向。尤其在不规定物体的抓取上,相比普通机器人,它能更好地感受物体表面的曲线分布。
     
      同时,这种电磁的应用还能让操作者真实感知到机器人的感受。只要握着力学传感器,操作者就像坐在机器人体内,能感应到机器碰触物体后发生的反弹和冲击,“尤其在像高温等不适宜人类进入的环境中,这种远程控制能发挥很大作用。”该项目负责人介绍。
     
      “有眼睛能定位”的机器人

      在KIT的实验室里,这种人机互动的研究无处不在。除了有拟人的“手臂”外,调研组还发现了“长着眼睛”的机器人。在视觉系统研究区,一只大型“蜘蛛”正通过身上的摄像头寻找目标。锁定“猎物”后,“蜘蛛”迅速移动到物体前面,伸出两只长长的“手臂”,熟练地进行焊接。焊接完成后,它撤走自己的手臂,缩回原处继续“搜寻”下一个目标。
     
      给机器人装上“眼睛”,是为了让机器更灵活地协助人进行各类产品的生产。曾在南京邮电大学学习,之后赴KIT留学的华人研究人员华迎冰向调研组介绍,项目设计的初衷是为了解决一种LED元器件的焊接问题,“这种器件非常小,精度要求高,只有熟手技术工人才能进行焊接。”华迎冰说,但由于每年只生产一两万件,相当于熟手工人两三个月的工作强度,项目的研究就是为了解决这一矛盾。
     
      如果说KIT对于机器人的研究仍属于实验室里的技术,那么弗劳恩霍夫协会旗下的工业4.0应用中心则将各种新技术应用到了生产领域。德国弗劳恩霍夫协会是欧洲最大的应用科学研究机构之一,也是德国工业4.0战略的发起单位。从2015年开始,该协会就在斯图加特设立了工业4.0应用中心,探讨实现工业4.0的路径。柏林时间4月20日上午,南方日报德国调研组一行来到这个中心,见到了已经应用到生产场景中的机器人技术。
     

     
      研发车间内,研发人员Biltin拿出一个流水线上装螺丝钉的黑色盒子。但与其他盒子不同的是,这个盒子增加了一个带有摄像头的传感器。“摄像头有点类似于盒子的‘眼睛’,摄像头可以看到盒子里空间情况,如果有很多黑色,说明盒子快空了。”Biltin说,此时,它就会发出信号,提示需要进行物料补充。当供应商收到这个信号后,就知道自己赶紧要去送货了,要不然明天就没有了,或者下一班就没有了。
     
      换作以前,传统工厂往往需要雇佣工人来“照看”各种生产物料的库存情况,及时补货,以维持正常的生产秩序。这种模式的信息链条往往较长,需要多个环节来完成。如今只需一个信号就可实现。
     
      机器人将“站”上手术台?
     
      从力学感知到视觉观察再到磁场感应,在KIT的实验室,机器与人开始建立起多种方式的“交流”。但如果你以为这些机器人只能用于工业生产场景中,那就错了。KIT还搭建了一个“手术室”,在这里,由三个感知系统共同组合的机器臂或许会让医生这一职业面临失业的危险。
     
      从KIT的实验室出来,调研组跟着实验人员走进地下一楼的KIT“手术室”。空间不算宽敞,有着手术室常见的绿色幕布,一个正待做手术的假人躺在手术台上,但围绕它的并不是医生,而是一台台轻型的库卡机器臂。它们正上下左右灵活地移动着,协助主刀医生共同完成一台手术。
     
      华迎冰介绍,每个机器臂的“关节”中都布满了力学传感器,可以轻巧地随着人的动作进行精密的运动。同时每个力学传感上还配备了7个轴向,其中6个轴向在运动时会进行3D数据的采集,而第7个轴则让机器臂能进行更灵活的动作,“例如左边行不通就会马上改道右边。”项目负责人说。
     
      机器人的“眼睛”则放在了“手术室”的顶上。密密麻麻的摄像头正进行各种图像的视觉处理,不同的数据在手术室的屏幕外来回滚动,再及时传导至机器臂中指挥它的下一步行动。
     
      除了力学和视觉外,电磁感应也在“手术”中得到应用。介绍中,另一名负责人举起了一个布满“触角”的球状棒体,这一个能替代手术刀的机器人,可以更方便进入病人体内进行手术。
     
      该负责人介绍,坐在手术室外的操作者,既不需要直接接触病人,也不需要直接操控机器人。只要握着一个力学反馈传感器,通过电流的传感,操作者就能清晰地“触摸”到病人皮肤的张力、血液的流动等,对手术进行远程“摇控”。
     
      当这些科技有一天从实验室走向现实时,机器人会让医生失业吗?
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