机器人也开始"怕疼"了,无需人工干预即可"自愈"

作者: 毛新思 2020-10-23 20:35:15

 印象中,机器人似乎都不惧怕刀山火海,它们毫无痛觉,简直是妥妥的“工具人”。然而近日,来自新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家和其合作者在一项突破性研究中,采用一种类脑方法,帮助机器人具有了识别疼痛并在受损时进行自我修复的能力。

该系统具有支持 AI 的传感器节点,可以处理并响应由物理力施加的压力引起的“疼痛”,还允许机器人在“受轻伤”时检测并修复自身的损坏,而无需人工干预。研究论文已在线发表在 Nature 子刊Nature Communications 上。

(来源:Nature Communications)

当传感器网络遇上忆阻晶体管
目前,机器人系统通常使用传感器网络来生成有关其周围环境的信息。例如,灾难救援机器人使用摄像头和麦克风传感器在废墟下寻找幸存者,然后在其手臂上的触摸传感器的引导下将受困人员救出。在流水线上工作的工厂机器人,则使用视觉传感器将机械臂引导到正确的位置,并通过触摸传感器来确定“手”上的物体是否在滑移。

而传感器通常不负责处理信息,仅仅将数据发送到发生学习行为的单个、大型、强大的中央处理器(CPU)中。因此,现有的机器人通常布线繁琐,响应时间存在延迟。它们还拥有一颗“玻璃心”,非常容易“受伤”。

论文作者之一 Arindam Basu 说:“一个值得关注的问题是,人类在与机器人共同工作时,如何确保机器人能够与我们安全地互动。因此,世界各地的科学家一直在寻找使机器人具有感知能力的方法,比如“感觉”疼痛,做出反应并承受恶劣的工作条件,但是,将众多传感器组合在一起所产生的复杂性和复杂系统本身的脆弱性,是传统方法被广泛采用的主要障碍。”

(来源:新加坡南洋理工大学)

而新的方法将 AI 嵌入到传感器节点网络中,从而教会机器人如何识别疼痛并对破坏性的刺激作出反应。

首先,研究团队对忆阻晶体管(memtransistor)进行了创新,其功能如同人脑神经元中的多个突触,能够使神经网络拥有成千上万的类似连接。

然后,他们将这种忆阻晶体管内置于卫星阈值调整接收器(Satellite Threshold Adjusting Receptors,STARs)中,使其成为能够记忆和处理信息的“类脑”电子设备。在此系统中,它们被作为机器人的 AI 疼痛感受器和突触。

(来源:Nature)

图|所有的学习都在一个强大的大型中央处理器上进行(左);而在新研究所提出的分散方法中,学习行为被嵌入到各个传感器节点中(右)

AI 与多个较小的,功能较弱的处理单元相连接,就像分布在机器人皮肤上的“迷你大脑”一样。科学家们表示,这意味着学习行为直接在本地进行,并且这种机器人的布线要求和响应时间比传统机器人减少了5-10倍。

新一代机器人的法宝:自愈

我们知道,传统机器人有一个非常影响工作效率的缺陷,即当被锋利的物体划伤时,机器人会迅速失去机械功能,并且需要人工修复,既费时又耗钱。

而此系统的另一大创新则为弥补该缺陷带来了希望——使用一种可自我修复的离子凝胶材料(ion gel material)。该离子凝胶材料的基本理念是将电极、可拉伸的聚合物与离子液体结合在一起。离子-偶极子(ion–dipole)相互作用,就可以增加聚合物上带电离子和极性基团之间的作用力,并且随着离子电荷或分子极性的增加而增加。

(来源:Nature官网)

图 | 在 STARs 和卫星重量调整电阻记忆(SWARMS)中加入自我修复的离子凝胶,当受到损伤时,它们会自我愈合(a);受到损伤时,离子液体包裹体通过塑化机制(扫描电子显微镜[SEM]图像)改善聚合物外壳的热迁移率,从而触发自愈过程 (b)因此,当机器人受到损坏时,比如出现划伤或机械破坏,则自修复离子凝胶中的分子就会开始相互作用,使得机器人将其伤口“缝合”在一起,并在保持高响应性的同时重新恢复功能。

论文作者之一 Rohit Abraham John 说:“这些新型设备的自我修复特性可以帮助机器人系统在划伤或刮伤时,即使在室温条件下也能反复将伤口“缝合”起来。这类似于我们人类的生物系统运作方式,就像人类皮肤能够自行愈合一样。”

在一个公开视频中,研究团队展示了机器人如何实时学习对伤害的反应。

他们首先拔掉了机器人的电极线(代表受到外界伤害)。

然后,再人工向机器人施加压力,可以看到,即使在损坏后,机器人仍能继续对压力作出反应,这证明了系统的自愈性和鲁棒性。

正如论文作者之一 Nripan Mathews 所说:“团队采用了不同寻常的方法,通过在机器人身上应用新的学习材料、设备和制造方法来模仿人类的神经生物学功能。尽管这一研究仍处于原型阶段,但为该领域提出了一个重要的框架,为研究人员应对这些挑战指明了新的方向。”

最后,对于自己“忍痛”为科学进步所作出的贡献,当事机器人表示:🙂(很乐意的意思)(此观点仅为学术君的大胆猜测,真相如何请咨询当事“人”)

机器人
上一篇:人脸识别遍地开花,当心数字滥权风险 下一篇:银河水滴成功入选中关村前沿大赛人工智能领域TOP10榜单
评论
取消
暂无评论,快去成为第一个评论的人吧

更多资讯推荐

聊天机器人已成过去式:无法摆脱的命定结局……

大多数个人网站就像书架上的旧书。随着时间的推移,它们发黄泛旧,蒙上一层层灰尘,书页的折痕渐深,书脊开裂地更加明显。

读芯术 ·  2020-11-19 17:11:33
波士顿动力又将易主,机器人界顶流明星为何如此难以商业化?

波士顿动力短短十年不到,即将迎来第三次易主,传出售给韩国现代集团。作为机器人世界的标杆,是什么原因导致这个问题?波士顿动力或者目前机器人行业的出路到底在哪?机器人落地生活的出来在哪?本文介绍主流波士顿动力机器人的产品和性能,暂时分析给出其可实际落地的几个参考,欢迎大家和我一起分析分析。

追逐雅克比 ·  2020-11-18 11:42:36
尾款人的双11焦虑症:配送机器人能解?

随着今年双11高潮落幕,尾款人也进入了等快递的煎熬时期。近日,多处快递网点停运的事件,更是让尾款人感到焦虑。而像双11这样的包裹量高峰时期,快递行业人力短缺的问题更加严重,由此导致从配送网点到客户手中的“最后一公里”配送滞后问题愈加严峻。

刘旷公众号 ·  2020-11-18 09:17:55
打工人请注意:AI不是要取代流水线上的工人,而是管理者!

毋庸置疑,第三次智能革命的到来必将对人类社会生活产生深刻的影响,包括可能带来的大规模失业问题。如果未来AI代替人类工作不可避免,那么哪些人会最先失业?

贝爽 ·  2020-11-16 19:33:55
机器人是如何规划路径的?动画演示一下吧

最近,GitHub 上开源了一个存储库,该库实现了机器人技术中常用的一些路径规划算法,大部分代码是用 Python 实现的。值得一提的是,开发者用 plotting 为每种算法演示了动画运行过程,直观清晰。

佚名 ·  2020-11-12 15:38:48
光棍节花式“脱单”:小冰“虚拟女友”正式上线 可多平台使用

据悉,在小米小爱同学、华为快应用、微博私信中对小冰说“我要领一个女友”,框架将为你启动人工智能虚拟女友的创造流程。

拾柒 ·  2020-11-11 18:40:01
当人工智能伤害了人,谁来承担责任?

就像硬币的两面,技术进步在便利人们生产生活的同时,也带来一个严峻的现实问题——当机器足够智能之后,其对人类造成的不可挽回的伤害该由谁负责?

竞科技 ·  2020-11-10 10:46:12
擎朗机器人带您切身感受进博会“黑科技”

浦江潮涌,第三届中国国际进口博览会拉开序幕!“人工心肺”、“88克拉黑钻”、“黑色口香糖”、“抗疫机器人”……除了一些酷炫的展览,今年进博会面积更大、参展企业更多、企业质量更高,话不多说,先睹为快!

佚名 ·  2020-11-06 10:17:33
Copyright©2005-2020 51CTO.COM 版权所有 未经许可 请勿转载