編者按：2016年8月12、13日，雷鋒網(wǎng)(搜索“雷鋒網(wǎng)”公眾號關(guān)注)在深圳舉辦了盛況空前的“全球人工智能與機器人峰會（CCF-GAIR）”，來自中美加的全球最為頂尖的科研實驗室、學術(shù)權(quán)威、產(chǎn)業(yè)大咖、投資領(lǐng)袖共同探討人工智能、機器人、無人機、智能駕駛等四大領(lǐng)域的未來趨勢和產(chǎn)學研發(fā)展方向。雷鋒網(wǎng)將會議精彩演講內(nèi)容與視頻精心編輯，近期將逐步放出。

“在座的哪一位能在國際象棋比賽中贏 IBM 深藍計算機？能在圍棋比賽里贏 Google 的阿爾法狗? ”

孫宇教授以這樣的提問開場，并不是想強調(diào)如今計算機多么高的智力水平，而是想引出一個對比：計算機下棋超過全人類，但是至今卻還沒有出現(xiàn)能堪比人類雙手的機器手。

“世界上最高級的機器人靈巧手，也趕不上一個一歲小孩的手能力?！?/p>

我們雙手的重量只占我們體重的百分之一，成人有 206 塊骨頭，其中四分之一的骨頭在我們的雙手里。人手的精密復(fù)雜程度超出很多人的想象。

而造出可堪比人手功能的“機器手”，一直是孫宇的夢想。

啟蒙：1993 年的《終結(jié)者 2》

大部分人在回顧自己人生中重要的“啟蒙點”的時候，往往是青少年時代的一部小說或者是電影。對于孫宇教授來說，這個“啟蒙點”，就是略帶黑暗色彩的《終結(jié)者 2》。

那是在 1993 年。

“我看完了電影，并沒有對人類的未來充滿擔心和憂慮，而是滿腦子的終結(jié)者機器人，特別是和人手一樣靈活的機械手。我的人生夢想就是像 Miles Dyson一樣成為第一造出終結(jié)者手的人。帶著這個遠大的夢想，我來到了美國猶他大學，進入了 John Hollerbach 的實驗室讀博士?！?/p>

然而進入實驗室的第一天，他的夢想就破滅了，因為他看到了這個名為“Utah/MIT Hand”的機器手。

Utah/MIT Hand 是 1983 年造出來的, 比他看到《終結(jié)者 2》還要早 10 年。這個機器手，是由兩位天才制造出來的：Stephen Jacobsen 和 John Hollerbach。

前者帶領(lǐng)的團隊在 Utah 設(shè)計并制造了機械部分；后者帶領(lǐng)的團隊當時在 MIT 開發(fā)了控制和智能部分。Steve Jacobsen 在今年 3 月份，因心血管疾病去世了。

機械手：從“酷”到“實用”

從1983 年開始，更多的機械手被發(fā)明出來，它們個個精密復(fù)雜，但是有一個共同的缺點：貴，而且不實用。

“像下圖中具有代表性的四個，每一個都很酷，都跟瑞士勞力士手表一樣設(shè)計精密，機械部件精準咬合，有十幾個可動關(guān)節(jié)，傳動裝置。很多的氣動或者電機驅(qū)動，還有個共同特點，每一個都很昂貴。這里面最便宜的 Bionic hand 也要三萬多英鎊, 最貴的要十幾萬美元。”

“在很多實驗室中，這些精致的機械手演示各種各樣與人手相媲美的能力：可以做家務(wù)，做飯，日常起居無所不能。而現(xiàn)實中卻沒有一款被大規(guī)模應(yīng)用。不光是因為造價昂貴，還因為復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，控制很多的動力裝置都十分困難。大家看到的演示，多是精心設(shè)計和編排，通過大量編程實現(xiàn)對某個特定場景?！?/p>

所以孫宇教授認為，機械手光酷是沒用的，更重要的是實用。在可以拋開“酷”的枷鎖之后，就可以完全從工程的角度來設(shè)計機械手：外形不那么令人驚艷，但是有用。

而這個理念，好萊塢早就接受了。

“電影《機器人總動員》里，機器人瓦力（Wall-E）只有三根手指，而且和人的手指頭完全不同。它可以用自己簡單的手做很多事情，至少在動畫片里，它可以換燈泡?！?/p>

“純粹的工程辦法來解決抓取，完全不需要機械手。工業(yè)生產(chǎn)里早就有了及簡單又完美的解決方案：真空吸盤或者真空杯。上一年在 ICRA, 亞馬遜舉辦了了一個抓取挑戰(zhàn)賽。贏得挑戰(zhàn)賽的 TU-Berlin 團隊就是用真空吸杯來吸起亞馬遜的商品，然后放到包裝盒里。今年上個月剛結(jié)束的亞馬遜抓取挑戰(zhàn)賽，同樣是用真空吸杯的隊伍贏得了比賽。而且前三名都是用真空杯。”

所以在這個背景下，兩年前，美國 DARPA 當時的負者人Gill Pratt 就宣布機器人抓取已經(jīng)解決了。

“Gill 并不是講了個笑話。我個人認為，抓取從一個地方抓起一個物體，然后放到另一個地方的大部分問題已經(jīng)解決。但是有些工程問題沒有解決：抓起工具并使用工具的抓取，還遠遠沒有解決。”

這些工程問題沒有解決，在于“智能芯片”的發(fā)展遠遠不夠。

機器人的智能：面向功能對象網(wǎng)絡(luò)（FOON）

“問題的關(guān)鍵并不在機械手本身，而是機器人的智能還不夠。《終結(jié)者》電影里機械手和智能芯片是產(chǎn)生終結(jié)者機器人需要的兩個最重要的技術(shù)。我們已經(jīng)有了各式各樣的機械手，甚至有在機械結(jié)構(gòu)上與終結(jié)者機器人手類似的機械手，但是卻還沒有另外一個更重要的技術(shù)——終結(jié)者機器人的智能芯片?！?/p>

而孫宇教授所在的實驗室，目前最主要的任務(wù)之一，就是致力于為機器手開發(fā)出相匹配的“智能”－－FOON。

“ 我們實驗室發(fā)明了一個面向功能對象網(wǎng)絡(luò)（Functional Object-Oriented Network，簡稱 FOON），它是一個存儲功能對象和操作信息的中心知識網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)......這個系統(tǒng)通過處理在線視頻，比如 YouTube 上的視頻，來得到功能對象和操作信息。"

這就是一個通過學習視頻而得到的巨大“知識庫”，而人們通過搜索知識庫就可以得到想要的信息。

“比如，我晚上想吃烤牛排，就告訴我的機器人。機器人通過查詢 FOON 這個知識網(wǎng)絡(luò)，得到這么一個圖，不光給出做烤牛排需要什么原料，還給出所有步驟和每一個步驟需要什么操作動作。FOON 的基本元素里包含了物體和操作的信息?！?/p>

機器人智能和計算機智能，是兩個不同的概念

計算機在虛擬世界里可以做的很好，而一旦涉及到實實在在的物理環(huán)境，就會“發(fā)生差之毫厘失之千里的事情。”

“如今，計算機智能在很多領(lǐng)域里已經(jīng)把人類遠遠的甩在了后面（比如下棋）。而之所以機器人領(lǐng)域中還有很多問題沒有解決，就是因為機器人要與現(xiàn)實環(huán)境有實實在在接觸，這是計算機智能和機器人智能的區(qū)別。”

比如說擰螺絲這個動作，在擰的過程中會受到不同的作用力。

“螺絲刀與螺絲之間有實實在在的接觸。手不光要抓緊螺絲刀，使螺絲刀不滑落，而且還要為螺絲刀提供擰螺絲的運動和力。同樣的物體， 不同的操作任務(wù)也會需要不同的運動和力，自然需要不同的抓握方式。”

而孫宇教授所做的，就是根據(jù)不同的任務(wù)總結(jié)出不同的要求，然后根據(jù)這個要求得到最優(yōu)的手抓解決方案。

“比如說使用錘子，需要做的是，怎么讓機器手運行最少的動作步驟來完成任務(wù)。有時，機械手在運動期間要保證鼠標不掉出去；有時機器手擰燈泡，這個燈泡要跟燈座有實實在在的運作。”

最后，孫宇教授鼓勵大家參加今年 10 月份在韓國舉辦的一個比賽。

“我們發(fā)表了 9 個任務(wù)，都是有實實在在基礎(chǔ)的任務(wù)。從一個碗里面取豌豆放到另一個碗里面，復(fù)雜的是機器人抓鋸割木板。希望大家更多的來關(guān)心機器人靈巧手抓取，Make Grasping Great Again。” 

PS: 本文是根據(jù) 8 月 13 日孫宇教授參加 CCF-GAIR  發(fā)表的演講進行的精編整理，原文請點擊 AIR 042 | 南佛羅里達大學孫宇教授：機器人靈巧手抓取的復(fù)興

孫宇教授演講的完整視頻，請戳：視頻鏈接

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