VR人型機(jī)器人發(fā)展與未來應(yīng)用

呂一哲

摘 要 由于人類形態(tài)在現(xiàn)代社會(huì)的普適性以及操作者人類本身對于人形的極為熟悉，VR與機(jī)器人結(jié)合成為了一個(gè)具有相當(dāng)發(fā)展前景的方向。針對于這一發(fā)展現(xiàn)狀，文章主要討論了VR與人型機(jī)器人結(jié)合的幾個(gè)主要的發(fā)展方向，包括了遠(yuǎn)程操控，救援型機(jī)器人，以及在生物入侵防治方面的討論與展望。

關(guān)鍵詞 VR；人型機(jī)器人；救援；遠(yuǎn)程操控；生物入侵防治

中圖分類號 G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 1674-6708（2019）234-0133-02

由于VR提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。VR逐漸成為了一種嶄新的人機(jī)交互技術(shù)。另外，人型機(jī)器人具有極高的社會(huì)普適性。不僅操作者對類人型機(jī)器人十分熟悉，而且人型機(jī)器人能更好的適應(yīng)人類社會(huì)。因此，將VR技術(shù)與人型機(jī)器人結(jié)合形成了一個(gè)嶄新的話題。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 VR技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

VR，是Virtual Reality的簡稱，它的實(shí)現(xiàn)方式是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和傳感器技術(shù)結(jié)合而生產(chǎn)的一個(gè)三維模擬環(huán)境，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢是人機(jī)交互，VR可以調(diào)動(dòng)操作者的聽覺、觸覺、視覺等感官系統(tǒng)，令操作者有身臨其境的感受。目前，VR技術(shù)在航天，游戲等多個(gè)領(lǐng)域高速發(fā)展。VR首先是通過計(jì)算機(jī)圖像制成的逼真的視覺，聽覺效果來模擬一個(gè)逼真的虛擬空間。再通過其他設(shè)備令操作者實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的互動(dòng)，帶來沉浸式體驗(yàn)。VR通過計(jì)算機(jī)輔助來實(shí)現(xiàn)高端虛擬成像技術(shù)，讓操作者借助計(jì)算機(jī)處理的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行交互操作的平臺(tái)，這對于傳統(tǒng)的人機(jī)視窗操作來說是一個(gè)巨大的革新[ 1 ]。

1.2 人型機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

人型機(jī)器人是具備人類外形特征和行動(dòng)能力的智能機(jī)器人，可以采用雙足步行方式，通過手臂和身體的協(xié)調(diào)完成一定的功能。與傳統(tǒng)的機(jī)器人相比，人型機(jī)器人具有顯著的優(yōu)勢。人型機(jī)器人是控制科學(xué)、傳感器技術(shù)、人工智能、材料科學(xué)等學(xué)科技術(shù)進(jìn)步，以及機(jī)器人使用范圍擴(kuò)大和人類日常生活需要的產(chǎn)物。人型機(jī)器人以類人型的形態(tài)出現(xiàn)，更容易被人類接受。人型機(jī)器人作為一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，它的發(fā)展和機(jī)構(gòu)學(xué)，控制技術(shù)，傳感器技術(shù)，人工智能技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，這四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步直接影響著人型機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展[ 2 ]。

為何一定要用人型的機(jī)器人？是因?yàn)橐罁?jù)人型的整體仿生依據(jù)在于人的功能和發(fā)揮是和人的特定尺度是相關(guān)聯(lián)的。人手的大小與其抓握物體的大小相關(guān)聯(lián)，人的身高、臂長、腿長與其運(yùn)動(dòng)的幅度與動(dòng)作是有關(guān)聯(lián)的。因而這種尺度直接規(guī)定了人行動(dòng)的范圍。人的特定生態(tài)尺度和環(huán)境構(gòu)成了獨(dú)特的關(guān)系。功能的發(fā)揮必須是對這種關(guān)系的識(shí)別。人型機(jī)器的設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)是未來能夠讓它融入人類環(huán)境。機(jī)器人的擬人性研究目的不是造出一個(gè)人工的人，而是要利用這種機(jī)制來幫助機(jī)器人技術(shù)完成其社會(huì)的整合[ 3 ]。

1.3 VR人型機(jī)器人T-HR3

VR人型機(jī)器人T-HR3，是動(dòng)作捕捉技術(shù)、VR技術(shù)、人型機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物。該機(jī)器人使用了動(dòng)作捕捉與映射操作的原理，將操作員的動(dòng)作同步映射，利用機(jī)械式動(dòng)作捕捉技術(shù)，將操作員的動(dòng)作同步示教與機(jī)器人。動(dòng)作捕捉記錄操作員的動(dòng)作，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型的動(dòng)作，傳輸在人型機(jī)器人上。機(jī)器人將環(huán)境的信息傳送給操作者，操作者根據(jù)信息做出各種動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)將動(dòng)作捕捉下來，實(shí)時(shí)傳送給機(jī)器人并控制其完成同樣的動(dòng)作。此外，該機(jī)器人的VR的攝像頭安裝在人型機(jī)器人的頭部，這樣，操作員的視覺在人型機(jī)器人的眼部，讓操作者可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。操作員可以在保持原位不動(dòng)的情況下，控制機(jī)器人進(jìn)行行走，包括前后或者側(cè)向移動(dòng)機(jī)器人。

2 未來應(yīng)用展望

2.1 遠(yuǎn)程操作

由于現(xiàn)在時(shí)常需要人們頻繁的去往世界各地參加各種各樣的會(huì)議與活動(dòng)。但由于交通時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本過高的問題。往往造成一個(gè)短暫的會(huì)議與活動(dòng)需要大量的通勤時(shí)間投入。

若是利用VR人型機(jī)器人，則可以順利的解決這一麻煩。在VR人型機(jī)器人上，由VR設(shè)備提供視覺，利用動(dòng)作捕捉技術(shù)提供機(jī)器人的行動(dòng)，當(dāng)在機(jī)器人手上安裝觸覺傳感器后，通過手套內(nèi)置的觸覺傳感器，佩戴者能夠“感覺”到動(dòng)作變化，以此提供了觸覺。由于錯(cuò)覺的存在，大腦會(huì)將看到的產(chǎn)生相同感覺的肢體認(rèn)為成自己的軀體。這樣，操作者在使用VR人型機(jī)器人的時(shí)候，并不會(huì)感到太多的陌生感，這就像一個(gè)人的一具替身。

這樣，使得遠(yuǎn)程操控具有了可行性，不再需要千里迢迢的趕赴事件現(xiàn)場，也不需要乘坐數(shù)個(gè)小時(shí)的飛機(jī)前往世界各地。

2.2 救援型機(jī)器人

VR人型機(jī)器人的另一大重要功能就是救援。現(xiàn)在，常規(guī)的救援型機(jī)器人，主要是履帶式與輪式的。這兩種都非常容易受到地面的影響，對行駛造成極大的阻礙。這些救援機(jī)器人的泛用性都不高，極易受到救援環(huán)境的限制。例如，輪式機(jī)器人在潮濕環(huán)境中，遇到泥濘及青苔容易打滑，一旦打滑或陷入泥濘，就無法獨(dú)立的進(jìn)行救援任務(wù)。履帶式機(jī)器人，除了在樓宇營救，或者樓層火災(zāi)營救中受到樓梯的影響外，其爬坡角度也受到了極大的限制。若應(yīng)對不同的環(huán)境，需要不同的救援機(jī)器人，則對救援團(tuán)隊(duì)有極大的經(jīng)濟(jì)壓力，對救援隊(duì)員來說，也要求精通各種救援機(jī)器人的使用。使得救援門檻大大提高。

人型救援機(jī)器人，適合成為一款泛用性救援機(jī)器人，在絕大部分的救援環(huán)境中都可以使用。較小的受到救援環(huán)境的影響。由于其無需氧氣，可以在水下救援。其雙足步行系統(tǒng)，也善于攀登于翻越。由于現(xiàn)代社會(huì)的大部分設(shè)施都是服務(wù)于人類的。因此，人型救援型機(jī)器人能更好的適應(yīng)環(huán)境。并且，使用了救援型機(jī)器人后，在危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境下，救援隊(duì)員也不會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生恐慌情緒，而失去理智，在救援環(huán)境中喪命，造成不必要的人員傷亡事故。

2.3 在生物入侵防治方向的展望

眾所周知，生物入侵防止是一個(gè)極為重要的話題，也是世界各國的重點(diǎn)關(guān)注對象。例如澳大利亞著名的生物入侵者兔子，由于沒有天敵，澳洲的兔子數(shù)量曾達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的100億只。后來不得不使用狼群，轟炸機(jī)，甚至生物武器才防止成功。除此之外，還有入侵美國的亞洲鯉魚，入侵中國的福壽螺等。給世界各國，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，生態(tài)破壞以及威脅居民的健康。

目前為止，電子游戲玩家是一個(gè)非常龐大的游戲群體，比如steam游戲平臺(tái)，日同時(shí)在線玩家超過700萬人，一段時(shí)間比較火爆的游戲，每天同時(shí)在線人數(shù)甚至接近千萬。這是一股不可小覷的力量。

如果我們將VR人型機(jī)器人與電子游戲結(jié)合，用玩家的力量，去解決生物入侵者，似乎不失為一種好辦法。可以試著參考一款游戲《怪物獵人》，在這個(gè)游戲中，利用工會(huì)系統(tǒng)發(fā)布任務(wù)，讓玩家去對一定區(qū)域的獵物經(jīng)行清剿。在游戲的背景中，玩家們對一塊區(qū)域進(jìn)行清剿是因?yàn)橛捎谶@一區(qū)域的生態(tài)圈失衡，某一種生物大量繁殖。不難看出，這個(gè)背景其實(shí)指的就是對大量繁殖導(dǎo)致生態(tài)圈失衡的生物進(jìn)行人為控制。這款游戲，是當(dāng)今最為熱門的幾大游戲之一，如果我們套用這個(gè)游戲的模式，用工會(huì)發(fā)布任務(wù)，把現(xiàn)實(shí)中的出現(xiàn)了生物入侵現(xiàn)象的嚴(yán)重區(qū)域圈起來，調(diào)動(dòng)玩家，讓玩家控制VR人型機(jī)器人對這一區(qū)域進(jìn)行清剿。無論是動(dòng)物入侵者還是植物入侵者，都可以使用這樣的方法。讓玩家使用的這些VR人型機(jī)器人，可以制作的相對較小以及脆弱很多，這樣，生物入侵者們有能力破壞這些機(jī)器人，同時(shí)，給予了玩家一定的挑戰(zhàn)性。機(jī)器人的動(dòng)作亦可以僵硬一些，這樣可以減少制作的成本。同時(shí)可以設(shè)置天梯獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)，水平越高，完成任務(wù)越多的玩家，將有權(quán)限購買更好的，功能更完全，動(dòng)作更流暢更復(fù)雜的機(jī)器人。

有人曾經(jīng)統(tǒng)計(jì)過，人類消耗在游戲上的時(shí)間總和，是人類進(jìn)化史的數(shù)倍長。這是一項(xiàng)相當(dāng)恐怖的數(shù)據(jù)。如果我們將這些玩家們利用起來，于其他們將時(shí)間投入在沒有太多實(shí)際效益的網(wǎng)絡(luò)電子游戲上，不如讓他們在全球世界各地狩獵生物入侵者們。甚至，用于防治生物入侵者的資金，節(jié)省下來的這一部分，用來作為完成生物入侵者防治任務(wù)的玩家們。以此，形成良性循環(huán)，不僅可以玩游戲，還可以領(lǐng)取到獎(jiǎng)勵(lì)。

3 結(jié)論

毫無疑問，未來，VR人型機(jī)器人會(huì)成為一大發(fā)展方向。畢竟，人類最為熟悉的還是人類自己的身體，通過映射操作去控制機(jī)器人，會(huì)讓我們更為靈活方便的完成各項(xiàng)任務(wù)。其次，結(jié)合了VR設(shè)備，其沉浸式效果會(huì)給操作者們無與倫比的體驗(yàn)。另外，當(dāng)今科技文明，絕大部分的設(shè)施設(shè)備都是為人類服務(wù)的，小到樓梯，大到宇航倉，人型機(jī)器人在現(xiàn)代社會(huì)，相較于輪式，履帶式機(jī)器人，或者水下，林地機(jī)器人來說，具有更大的普適性。不得不說，經(jīng)歷了數(shù)百萬年的進(jìn)化，雙足行走，雙手工作的人型在大部分的工作場景中都更為方便有效。因此，VR人型機(jī)器人未來一定是一個(gè)有力的發(fā)展方向。

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