在機(jī)器人電影里,即使擁有最先進(jìn)的類人偽裝,機(jī)器也很可能在“端起一個(gè)紙杯”時(shí)被識(shí)破,沒有觸覺的假手臂難以通過(guò)細(xì)微的反饋?zhàn)龀雠袛唷⒖刂屏Φ?經(jīng)常一抓就扁露了餡。但在東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)宋愛國(guó)的實(shí)驗(yàn)室里,一款“新型肌電假手”卻能讓機(jī)器人擁有一雙“靈巧手”,根據(jù)肌電信號(hào)完成手部的18個(gè)動(dòng)作識(shí)別。
“我們?cè)跈C(jī)械手的指端裝上觸覺傳感器、指根裝入力傳感器,在人體的肌肉群表面穿戴肌電傳感器……”在研究中,宋愛國(guó)的團(tuán)隊(duì)還將人體內(nèi)最復(fù)雜的大腦“邀請(qǐng)”進(jìn)來(lái),腦電波通過(guò)脊髓神經(jīng)傳遞給肌肉,發(fā)出肌電信號(hào)。在大量研究的基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)擁有了一個(gè)珍貴的“庫(kù)”,包含了人體內(nèi)肌電信號(hào)的主要“密碼”特征。掌握了“密碼”,和肌肉“對(duì)話”成為可能。假手受到的外部觸覺刺激如果轉(zhuǎn)化為神經(jīng)輸入的電信號(hào),進(jìn)而進(jìn)入大腦中,就能夠讓大腦產(chǎn)生觸覺感知,明白假手與外部環(huán)境的接觸狀態(tài),真正將假手當(dāng)作自身的一部分。“我們發(fā)現(xiàn)大腦還可以被訓(xùn)練,多次的反饋矯正能夠幫大腦作出適應(yīng)性改變。”宋愛國(guó)說(shuō)。
“新型肌電假手”只是宋愛國(guó)實(shí)驗(yàn)室里所研發(fā)出機(jī)器人產(chǎn)品的一種服務(wù)型機(jī)器人,從天上飛的航空航天機(jī)器人,核輻射和爆炸威脅環(huán)境下工作的核化探測(cè)、核電巡檢、防恐排爆機(jī)器人,宜室宜家的助老助殘康復(fù)機(jī)器人……宋愛國(guó)研發(fā)的這幾款機(jī)器人,都已經(jīng)走出了實(shí)驗(yàn)室,全部進(jìn)入產(chǎn)業(yè)應(yīng)用階段。
宋愛國(guó)告訴記者,這些機(jī)器人并不是要完全取代人,而是實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的深度耦合。早在1993年3月,宋愛國(guó)的導(dǎo)師黃惟一教授將“863”計(jì)劃項(xiàng)目“力覺臨場(chǎng)感機(jī)器人基礎(chǔ)研究”的內(nèi)容作為他的博士課題。
“臨場(chǎng)感機(jī)器人”就是一種先進(jìn)的人機(jī)交互遙操作機(jī)器人,通俗地說(shuō),機(jī)器人工作在遠(yuǎn)端,人在本地,通過(guò)各種傳感設(shè)備測(cè)量人肢體的運(yùn)動(dòng)信息并作為控制指令去控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與操作,人怎么動(dòng),機(jī)器人就怎么動(dòng);同時(shí),再將機(jī)器人的視覺、力覺、觸覺等各種感覺反饋給人,使人產(chǎn)生遠(yuǎn)在異地的“身臨其境”的感受,就像電影《阿凡達(dá)》描寫的一樣。
宋愛國(guó)作為第一完成人的《人機(jī)交互遙操作機(jī)器人的力覺感知與反饋技術(shù)》項(xiàng)目一直受到“863”項(xiàng)目的支持,并獲得2019年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。經(jīng)過(guò)20余年的基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān),項(xiàng)目組先后研制成功高精度的機(jī)器人六維力傳感器、仿生柔性觸覺傳感器、小型化的力反饋執(zhí)行器、高精度大空間六自由度力反饋手控器、力觸覺感知數(shù)據(jù)手套等人機(jī)交互遙操作機(jī)器人核心元件或裝置以及四種類型的遙操作移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng),并在我國(guó)載人航天與探月工程、核電工程等重要領(lǐng)域得到應(yīng)用。
比如宋愛國(guó)團(tuán)隊(duì)為“天宮二號(hào)”研制了航天員在軌操作力的測(cè)量傳感器以及測(cè)量系統(tǒng),人在失重環(huán)境下肌肉到底能產(chǎn)出多大的力?之前只有美國(guó)和俄羅斯有這個(gè)數(shù)據(jù)。這套測(cè)量裝置主要用于完成“天宮二號(hào)”一系列飛行任務(wù),即航天員在軌各種操作力的測(cè)量、人機(jī)工效學(xué)和生物力學(xué)實(shí)驗(yàn),如開艙門推拉力、操縱桿操作力以及腳蹬力等。航天員在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成不同動(dòng)作后,儀器會(huì)顯示航天員施力的大小。最終對(duì)空間站內(nèi)航天員13種操作力、36種操作方式進(jìn)行精確的力測(cè)量。
“遙操作”是月面巡視機(jī)器人(月球車)的四大關(guān)鍵技術(shù)之一,受航天五院和通訊與跟蹤研究所的委托,宋愛國(guó)團(tuán)隊(duì)還負(fù)責(zé)研制了兩套地面模擬實(shí)驗(yàn)月面巡視機(jī)器人,主要研究月球車的遙操作控制算法和環(huán)境識(shí)別的感知系統(tǒng),在“嫦娥三號(hào)月面巡視器”工程任務(wù)中立下汗馬功勞。 宗禾
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