制造神奇機器人的實驗室

劉致用

你見過能打印食品的3D打印機嗎？你見過像鳥兒一樣拍著翅膀飛翔的小飛機嗎？你見過像普通動植物一樣也是由一個個小“細胞”組成的細胞機器人嗎？如果你來到美國哥倫比亞大學創意機器實驗室，你就能看見這些神奇的機器人。

現在的機器人制造水平日漸提高，本文介紹了兩款該實驗室正在研究的神奇的機器人。

軟機器人

熒幕上有那么一類機器人豐富了我們的童年生活：它們體型高大，高達十幾米。由巨大鋼鐵塊組成的它們戰斗力強悍，打斗的場景給人以十足的視覺沖擊力。令人匪夷所思的是，它們可以變成汽車、卡車，甚至可以變成飛機和坦克！沒錯，它們就是變形金剛。然而，雖然變形金剛能夠呈現多種變化，但是我們仍然覺得它們十分笨重。

如今機器人的關節已經做得很精密了，其行動更加輕盈，甚至有些人形機器人還被裝上了人工皮膚，某些角度看起來簡直就和真人一模一樣！但是不管怎么樣，機器人在我們眼中依舊是金屬塊材的略感生硬的組合體。然而，有這么一類機器人，絕對會顛覆你的想象——這就是軟機器人！

軟機器人，突出一個“軟”字。對于一般的哺乳動物來說，如果它長著很多肉，摸起來就相對柔軟。我們都知道，骨頭和肌肉能夠維持著我們的體型并且幫助我們活動——當你想要做什么動作的時候，你的神經細胞會釋放神經遞質，肌肉細胞接受到這些神經遞質后變得興奮并進行拉伸或者收縮，同時拉動骨頭運動。但很長一段時間以來，機器人卻都是由“骨頭”構成的，并不存在人造肌肉。這是因為在過去幾十年的時間里，我們很難做出動作準確、能提供強大的力量且壽命長的人造肌肉。

令人欣喜的是，最近哥倫比亞大學創意機器實驗室的專家在人造肌肉領域有了一個大突破。哥倫比亞大學利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制造的有機硅彈性體做成人造肌肉，這種人造肌肉表現出了極優異的性能。在行動的準確度上，它可以實現推、拉、彎曲、扭曲等各種動作，能夠較為準確的完成指令;在強度上它毫不遜色于天然肌肉，其強度是后者的3倍;它不易損壞，壽命也較長。

有些人可能會問，我們怎么控制這個人造肌肉呢？確實，機器人畢竟不是真人，它是沒有神經系統的，而且人造肌肉也沒有細胞結構。所以，人造肌肉的控制和動物體內的肌肉的控制是完全不一樣的，事實上，它依賴于外部電流。哥倫比亞大學的專家們使用乙醇作為人造肌肉的“驅動”劑——微小的乙醇分子能滲透在人造肌肉中，當處于肌肉內部的乙醇汽化時體積會增大，導致肌肉膨脹，達到和天然肌肉一樣的舒張的效果。而當乙醇液化時，體積變小，肌肉回縮，則達到和天然肌肉一樣的收縮的效果。乙醇的沸點是78℃，只要通過電流加熱來控制乙醇的溫度，便可以控制人造肌肉的收縮或者是舒張。

具有自我意識的機器人

一直以來，具有自我意識的機器人往往是科幻小說或者是電影里的主角，這類電影看得多了以后，有時我們對于機器人能夠思考這件事情會信以為真。但令人遺憾的是，機器人的研發進展遠沒有人們所想象的那樣迅速，我們現在所能購買到的一些智能機器人——即能和人進行普通對話的機器人，它們應答的話語都是提前設置好了的，并非是機器人自己想出來的。現在的機器人基本沒有自我意識——它們不會意識到自己的腳是腳，手是手，也不會感覺到自己的體型像蛇、像青蛙還是像其它的。

現在距離制造出能進行復雜思考的機器人的那一天還差得遠呢！不過令人欣喜的是，經過多年的實踐，人類終于在機器人的自我意識塑造方面邁出了第一步！2019年初，哥倫比亞大學創意機器實驗室的專家成功地制造出了世界上第一個具有自我意識的機器人——一個鉸接式機械手臂。

這個機器人是簡單的，因為它只是一只手臂，同時它又是復雜的，因為它“有腦子”。為什么說它有“腦子”呢？因為它具有自主學習的能力——這個機器人在經過無數次失敗的抓取后，等到它抓到物體時，它會對物體的位置有清晰的認識并且記錄下來。如果物體是呈現一定規律放置的——例如間隔一定的距離，當它抓取一定的次數后，它就會慢慢的掌握這個規律，然后按照一定的間距跳動的來抓取物體，這便是它學習的過程。當然，不僅僅是抓取物體，這個手臂機器人還可以做其他工作。而不管是什么工作，它都可以在工作中積累經驗，優化自己的行為。

聽起來很厲害吧！為什么這個手臂能做到“有腦子”呢？原來，這個機器人具有自我建模功能！建模，就是建立模型，模型就是對外界事物的一種理解機制。所以，和其他完全由設定好的程序運行的機器人不一樣，這個機器人可以根據經驗，自己設定將要運行的程序。這就和我們的人腦對未來要做的事情做規劃一樣，真是不可思議！