制造神奇机器人的实验室

刘致用

你见过能打印食品的3D打印机吗？你见过像鸟儿一样拍着翅膀飞翔的小飞机吗？你见过像普通动植物一样也是由一个个小“细胞”组成的细胞机器人吗？如果你来到美国哥伦比亚大学创意机器实验室，你就能看见这些神奇的机器人。

现在的机器人制造水平日渐提高，本文介绍了两款该实验室正在研究的神奇的机器人。

软机器人

荧幕上有那么一类机器人丰富了我们的童年生活：它们体型高大，高达十几米。由巨大钢铁块组成的它们战斗力强悍，打斗的场景给人以十足的视觉冲击力。令人匪夷所思的是，它们可以变成汽车、卡车，甚至可以变成飞机和坦克！没错，它们就是变形金刚。然而，虽然变形金刚能够呈现多种变化，但是我们仍然觉得它们十分笨重。

如今机器人的关节已经做得很精密了，其行动更加轻盈，甚至有些人形机器人还被装上了人工皮肤，某些角度看起来简直就和真人一模一样！但是不管怎么样，机器人在我们眼中依旧是金属块材的略感生硬的组合体。然而，有这么一类机器人，绝对会颠覆你的想象——这就是软机器人！

软机器人，突出一个“软”字。对于一般的哺乳动物来说，如果它长着很多肉，摸起来就相对柔软。我们都知道，骨头和肌肉能够维持着我们的体型并且帮助我们活动——当你想要做什么动作的时候，你的神经细胞会释放神经递质，肌肉细胞接受到这些神经递质后变得兴奋并进行拉伸或者收缩，同时拉动骨头运动。但很长一段时间以来，机器人却都是由“骨头”构成的，并不存在人造肌肉。这是因为在过去几十年的时间里，我们很难做出动作准确、能提供强大的力量且寿命长的人造肌肉。

令人欣喜的是，最近哥伦比亚大学创意机器实验室的专家在人造肌肉领域有了一个大突破。哥伦比亚大学利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制造的有机硅弹性体做成人造肌肉，这种人造肌肉表现出了极优异的性能。在行动的准确度上，它可以实现推、拉、弯曲、扭曲等各种动作，能够较为准确的完成指令;在强度上它毫不逊色于天然肌肉，其强度是后者的3倍;它不易损坏，寿命也较长。

有些人可能会问，我们怎么控制这个人造肌肉呢？确实，机器人毕竟不是真人，它是没有神经系统的，而且人造肌肉也没有细胞结构。所以，人造肌肉的控制和动物体内的肌肉的控制是完全不一样的，事实上，它依赖于外部电流。哥伦比亚大学的专家们使用乙醇作为人造肌肉的“驱动”剂——微小的乙醇分子能渗透在人造肌肉中，当处于肌肉内部的乙醇汽化时体积会增大，导致肌肉膨胀，达到和天然肌肉一样的舒张的效果。而当乙醇液化时，体积变小，肌肉回缩，则达到和天然肌肉一样的收缩的效果。乙醇的沸点是78℃，只要通过电流加热来控制乙醇的温度，便可以控制人造肌肉的收缩或者是舒张。

具有自我意识的机器人

一直以来，具有自我意识的机器人往往是科幻小说或者是电影里的主角，这类电影看得多了以后，有时我们对于机器人能够思考这件事情会信以为真。但令人遗憾的是，机器人的研发进展远没有人们所想象的那样迅速，我们现在所能购买到的一些智能机器人——即能和人进行普通对话的机器人，它们应答的话语都是提前设置好了的，并非是机器人自己想出来的。现在的机器人基本没有自我意识——它们不会意识到自己的脚是脚，手是手，也不会感觉到自己的体型像蛇、像青蛙还是像其它的。

现在距离制造出能进行复杂思考的机器人的那一天还差得远呢！不过令人欣喜的是，经过多年的实践，人类终于在机器人的自我意识塑造方面迈出了第一步！2019年初，哥伦比亚大学创意机器实验室的专家成功地制造出了世界上第一个具有自我意识的机器人——一个铰接式机械手臂。

这个机器人是简单的，因为它只是一只手臂，同时它又是复杂的，因为它“有脑子”。为什么说它有“脑子”呢？因为它具有自主学习的能力——这个机器人在经过无数次失败的抓取后，等到它抓到物体时，它会对物体的位置有清晰的认识并且记录下来。如果物体是呈现一定规律放置的——例如间隔一定的距離，当它抓取一定的次数后，它就会慢慢的掌握这个规律，然后按照一定的间距跳动的来抓取物体，这便是它学习的过程。当然，不仅仅是抓取物体，这个手臂机器人还可以做其他工作。而不管是什么工作，它都可以在工作中积累经验，优化自己的行为。

听起来很厉害吧！为什么这个手臂能做到“有脑子”呢？原来，这个机器人具有自我建模功能！建模，就是建立模型，模型就是对外界事物的一种理解机制。所以，和其他完全由设定好的程序运行的机器人不一样，这个机器人可以根据经验，自己设定将要运行的程序。这就和我们的人脑对未来要做的事情做规划一样，真是不可思议！