機(jī)器人這么火!普通人造機(jī)器人有多難?
世界上最懶惰的動物是考拉和樹懶。給樹懶喂葉子,半個月后掰開它的嘴,葉子還在嘴里面沒全咽下去。而考拉,它一天能睡22小時。
人類在懶惰方面也是不遑多讓。天才發(fā)明家愛迪生說的好:“人一有機(jī)會有希望避開思考的苦事”,我想,真正促進(jìn)人類文明進(jìn)步的,除了智慧之外,還有人類DNA里遺傳的懶。
懶惰真是人類之光。
可能這就是人類要發(fā)明機(jī)器人最主要的原因。
人類不想做家務(wù),所以有了掃地機(jī)器人。
人類懶得去砌墻,所以創(chuàng)造出了會自動砌墻的機(jī)器人。
人類懶得握方向盤,就想躺著讓車自己開。
而在電影當(dāng)中,人類對于機(jī)器人的想象力也不斷的延伸,超越現(xiàn)在,機(jī)器貓哆啦A夢、機(jī)器管家安德魯、胖胖的大白、圓滾滾的BB-8等各種各樣機(jī)器人在電影里陪伴我們、保護(hù)我們。
打造一個真正有用、討人喜歡的個人機(jī)器人一直以來都是人類的夢想。
那么,如何造出一個與人形影不離的機(jī)器人助理?
想要造出一個機(jī)器人,首先得知道什么是機(jī)器人。
機(jī)器人(Robot)是一種機(jī)器——特別是一種可編程的機(jī)器,能夠自動執(zhí)行一系列復(fù)雜的動作。(引自維基百科)
具有識別外在世界變化的環(huán)境信息,可以對信息進(jìn)行計算分析,然后思考得出對具體行為的執(zhí)行解決方案的機(jī)器,才能稱之為機(jī)器人。
有些軟件代理雖然也被稱作是機(jī)器人,但這種是軟件機(jī)器人,業(yè)界通常稱它為Bot,而不是Robot。
像微軟Cortana、蘋果Siri和Google Now都屬于Bot范疇,而NAO、Pepper、Loomo都屬于Robot的范疇。
機(jī)器人需要具備哪些部件?
若要造出一個與我們形影不離的機(jī)器人,那這個機(jī)器人必須要有一個實(shí)體的外形,TA的外殼要漂亮、堅(jiān)固,識別外界信息需要一雙眼睛(傳感器),理解我們并想辦法執(zhí)行命令需要一個大腦(運(yùn)算),在物理世界完成任務(wù)就需要一雙手、一對輪子(作動器)。
外形
機(jī)器人與人類之間的關(guān)系其實(shí)是極為微妙、難以平衡的。做得太像人類,會引起人本能的生理排斥;做得太像機(jī)器,又讓人覺得和它說話顯得自己像個傻瓜;做得太可愛,又會讓人覺得它是個低智的玩具。
造一個機(jī)器人,首先要設(shè)計好TA的樣子,適合陪伴人類的機(jī)器人應(yīng)該有著春天般溫暖、海狗般無害的外形。
在家里DIY一個機(jī)器人其實(shí)是很難的,需要有模具才能做出你想要的樣子。如果開模具的話,價格就老貴了……有條件的話可以用3D打印,沒有條件可以去萬能的淘寶找一些模型進(jìn)行改造。
行走
移動的能力對于一個完美的機(jī)器人也是必須的,它必須具有至少一定程度上的自由度,到達(dá)目的地,并與物理世界互動——否則就不能被稱之為機(jī)器人。那TA一定要有雙“腳”,足式的“腳”走得慢功耗又高,輪式的“腳”是目前最優(yōu)的行走方案,畢竟馬兒跑得再快也追不上汽車。
眼睛和大腦
機(jī)器人BB8頭上有一個類似眼睛的東西,其實(shí)那是它的傳感器。
傳感器是機(jī)器人感知外界的重要幫手,它們猶如人類的感知器官。為了讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)盡可能高的靈敏度,需要給它裝上視覺、聲覺、距離、觸覺、接近覺、力覺、滑覺、速度和加速度傳感器等。
給機(jī)器人裝傳感器是為了感知外界的環(huán)境、提取深度信息。而感知的核心功能是同步定位和地圖構(gòu)建(SLAM)。
SLAM技術(shù)解決的是讓機(jī)器人知道“我在哪”,“這是什么地方”,“怎么離開這個地方”。
你以為有了SLAM就萬事大吉了?NAIVE!實(shí)際上SLAM算法本身只是完成了機(jī)器人的定位和地圖構(gòu)建兩件事情,你要想讓機(jī)器人能幫你拿瓶子、做飯、收拾屋子,就必須賦予機(jī)器人快速生成無碰撞、最優(yōu)運(yùn)動軌跡的能力,它在業(yè)內(nèi)叫做運(yùn)動規(guī)劃。
對于那些有多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的機(jī)器人來說,運(yùn)動規(guī)劃是非常困難的,需要十分耗時的計算。在一個并沒有為機(jī)器人特意優(yōu)化設(shè)計過的環(huán)境中,讓機(jī)器人撿起一個物品甚至需要數(shù)秒的計算。
所以,機(jī)器人還需要一顆強(qiáng)勁的大腦——高性能計算平臺和高效算法。除了這個大腦,我們還需要驅(qū)動機(jī)器人動的部件——驅(qū)動器,最常用的是電機(jī)。
當(dāng)然,機(jī)器人不只是有個實(shí)體的樣子就行,算法控制才能讓它活起來,所以還需要你會控制算法。
以上是機(jī)器人的基本組成部分。機(jī)器人專家有無數(shù)種方法可以將這些元素組合起來,從而制造出無限復(fù)雜的機(jī)器人。那普通人想要有個機(jī)器人怎么辦?
造機(jī)器人最簡單的辦法
說了這么多,才發(fā)現(xiàn)機(jī)器人比手機(jī)、電腦還復(fù)雜,是不是已經(jīng)都懶得去造了呢?成功造出一臺機(jī)器人繁復(fù)的過程真的是一言難盡。
有沒有簡單點(diǎn)但又能造出智能而非智障的機(jī)器人方法?有的!Segway RoboTIcs正在打造普適型機(jī)器人軟硬件,希望憑借簡單易用的機(jī)器人Loomo開發(fā)包幫助每個人打造夢想中的機(jī)器人。
大家都知道許多學(xué)生和公司通過NAO來做研究,用它來編程,調(diào)用聲音合成、圖像識別、肢體動作的能力,進(jìn)而使之勝任不同的場景,例如踢足球賽、跳舞。但NAO這種桌面型的機(jī)器人運(yùn)動能力是有限的,而且很貴。
如果你要制造一個可以照顧寵物、與你一起外出的新型機(jī)器人,同樣的你可以使用Loomo的軟件開發(fā)包和機(jī)器人硬件整機(jī),編寫一段JAVA程序就能做到。
Loomo還附帶了一個擴(kuò)展槽,你可以給TA裝個手臂幫你拿咖啡、裝個鏟子幫你除草……它能實(shí)現(xiàn)什么功能,由你的腦洞決定,這個腦洞的實(shí)現(xiàn)必須符合物理原理。當(dāng)然,Loomo的這個工具包不是讓你制造平庸的作品的。
實(shí)操案例:寶馬開發(fā)者基于Loomo開發(fā)的自動泊車助理
實(shí)操案例:Loomo變身快遞員給英特爾CEO送水
配送機(jī)器人既可自動送貨也可手動駕駛
不論你專業(yè)程度如何,均可以在安卓系統(tǒng)下向Loomo編程,調(diào)用其視覺、語音、移動、連接、表達(dá)和硬件擴(kuò)展的能力,讓它可擴(kuò)展到更多場景,完成不同任務(wù)。而且它的輪式設(shè)計讓它有更強(qiáng)的適應(yīng)性,可以走出室外,實(shí)現(xiàn)更多的功能。
在上世紀(jì)90年代,泛在計算之父馬克·威瑟曾說:“最具深遠(yuǎn)影響意義的技術(shù),是那些我們感覺不到存在的技術(shù)。這些技術(shù)自如地融入我們?nèi)粘I钪?,不知不覺成為生活的一部分。”
在過去二三十年里,個人電腦已經(jīng)做到了這一點(diǎn),而在未來的幾十年里,下一個能做到這一點(diǎn)的可能就是機(jī)器人。
聰明靈活的個人機(jī)器人,它終有一天會走到你身邊,成為你無話不說的密友和形影不離的伙伴。