【機(jī)械手臂進(jìn)化之路：距離像人手一樣靈活還有多遠(yuǎn)】雖然一只機(jī)械手臂和五個(gè)機(jī)械手指還不能達(dá)到與人類一樣的靈活度，但在世界頂級的人工智能實(shí)驗(yàn)室里，研究人員正越來越接近于創(chuàng)造出能夠模仿真實(shí)人手的機(jī)械手臂。

旋轉(zhuǎn)

在由埃隆·馬斯克和其他幾個(gè)硅谷知名人士共同創(chuàng)建的OpenAI實(shí)驗(yàn)室中，研究人員制造了一款名為Dactyl的機(jī)械手臂。它看起來很像最新的星球大戰(zhàn)電影中的盧克·天行者的機(jī)械假體：它的機(jī)械手指能夠像人的手指一樣彎曲或伸直。

你可以讓Dactyl為你展示字母積木的某一面——比方說紅色的O，橙色的P或藍(lán)色的I——它會(huì)向你展示，然后用靈活的方式旋轉(zhuǎn)、扭動(dòng)和翻轉(zhuǎn)積木。

這對于人類來說非常簡單，但對于一臺(tái)機(jī)器來說，這是一個(gè)非常了不起的成就：機(jī)械手臂Dactyl在很大程度上是靠自己來學(xué)習(xí)如何完成這項(xiàng)任務(wù)的。研究人員利用數(shù)學(xué)的方法讓Dactyl學(xué)習(xí)，他們相信可以通過訓(xùn)練讓機(jī)械手臂和其他機(jī)器來完成更復(fù)雜的任務(wù)。

這只靈巧的手臂代表了過去幾年機(jī)器人研究的巨大飛躍。但直到最近，研究人員仍在努力讓更簡單的機(jī)械手臂來掌握更簡單的任務(wù)。

抓取

這個(gè)系統(tǒng)是由加州大學(xué)伯克利分校的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室Autolab的研究人員創(chuàng)建的，它在幾年前代表了技術(shù)的極限。機(jī)器配有一個(gè)兩根手指的“鉗子”，可以拿起像螺絲起子或鉗子一樣的物件，然后把它們分類到不同容器里。

鉗子比五個(gè)手指更容易控制，而制造一個(gè)操作夾鉗所需的軟件也不那么困難。它可以處理一些不太熟悉的物體。比如，它可能不知道什么是餐館式的番茄醬瓶子，但是它知道瓶子的形狀和螺絲起子類似。但是，如果這臺(tái)機(jī)器遇到的東西與它之前所遇到的不同——比如一個(gè)塑料手鐲——可能就會(huì)處理的不太好。

拾取

大家都希望有一個(gè)能撿起任何東西的機(jī)器人，包括它以前從未見過的東西。這是其他Autolab的研究人員在過去幾年里所建立的機(jī)器人。

這個(gè)系統(tǒng)仍然使用簡單的硬件：一個(gè)夾子和一個(gè)吸盤。但它可以撿起各種各樣的隨機(jī)物品——從剪刀到塑料玩具恐龍。

該系統(tǒng)得益于機(jī)器學(xué)習(xí)的巨大進(jìn)步。伯克利的研究人員對超過1萬個(gè)物體的物理模型進(jìn)行了建模，確定了每一個(gè)物體的最佳選擇。然后，系統(tǒng)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法分析了所有這些數(shù)據(jù)，并學(xué)會(huì)了識(shí)別每個(gè)物品的最佳方式。在過去，研究人員必須對機(jī)器人進(jìn)行編程，讓它們完成每項(xiàng)任務(wù)。但現(xiàn)在，它可以自己學(xué)習(xí)這些任務(wù)。

當(dāng)面對一個(gè)塑料尤達(dá)玩具時(shí)，系統(tǒng)會(huì)意識(shí)到它應(yīng)該用鉗子把玩具撿起來。但當(dāng)它遇到番茄醬瓶子時(shí)，它會(huì)選擇吸杯。這個(gè)機(jī)械手可以成功地?fù)炱鸲嗉S機(jī)物品。

它并不完美，但是由于系統(tǒng)可以自己學(xué)習(xí)，它的進(jìn)步速度比過去的機(jī)器快得多。

鋪床

伯克利的研究人員利用最新的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，在短短兩周的時(shí)間內(nèi)就整合完成了可以鋪床的機(jī)器人系統(tǒng)。這個(gè)機(jī)器人也許還不能完美地完成醫(yī)院的工作，但它已經(jīng)代表了顯著的進(jìn)步。

現(xiàn)在，只要通過分析數(shù)據(jù)，這個(gè)系統(tǒng)就可以在一小段時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)鋪床。在學(xué)習(xí)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)分析鋪床過程中的每一個(gè)動(dòng)作。

移動(dòng)

在伯克利的BAIR實(shí)驗(yàn)室里，另一個(gè)系統(tǒng)正在應(yīng)用其它的學(xué)習(xí)方法。這個(gè)機(jī)械手臂可以用一個(gè)夾子推動(dòng)物體，并預(yù)測它應(yīng)該在的位置。這意味著它可以像你我一樣把玩具移到桌子上。

這個(gè)系統(tǒng)通過分析大量的視頻圖像來學(xué)習(xí)這種行為，這些圖像顯示了物體是如何被移動(dòng)的。通過這種方式，它可以處理這種任務(wù)帶來的不確定性以及一些意想不到的動(dòng)作。

未來

這些都是簡單的任務(wù)，而且機(jī)器只能在特定條件下處理它們。它們失敗的次數(shù)并不比成功的次數(shù)少。但驅(qū)動(dòng)這些系統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法表明，在未來幾年內(nèi)將會(huì)繼續(xù)取得很大的進(jìn)步。

和OpenAI的研究人員一樣，華盛頓大學(xué)的研究人員正在訓(xùn)練機(jī)器手臂，這些機(jī)械手臂擁有與人類相同的手指和關(guān)節(jié)。

這比訓(xùn)練一個(gè)夾鉗或吸盤要困難得多，一個(gè)模擬人類的手應(yīng)該能夠以多種不同的方式移動(dòng)。因此，華盛頓的研究人員通過模擬周圍的環(huán)境來訓(xùn)練他們的機(jī)器手臂。

在OpenAI，研究人員正在以同樣的方式訓(xùn)練他們的Dactyl機(jī)械手，這個(gè)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)字母積木的過程積累了大約100年的訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)。這一數(shù)字模擬在成千上萬的計(jì)算機(jī)芯片上同時(shí)運(yùn)行，得以將訓(xùn)練時(shí)間壓縮到兩天。它通過反復(fù)的嘗試和犯錯(cuò)來學(xué)習(xí)這些任務(wù)。一旦它了解了模擬時(shí)的工作原理，它就可以將這些知識(shí)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)世界中。

許多研究人員質(zhì)疑這種模擬訓(xùn)練是否使成果只停留在理論層面，但就像伯克利和其他實(shí)驗(yàn)室的研究人員一樣，OpenAI團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。他們在模擬訓(xùn)練中引入了一定的隨機(jī)性——它們改變了手和木塊之間的摩擦力，甚至改變了模擬的重力。在模擬的世界中，學(xué)會(huì)處理這種隨機(jī)性后，機(jī)械手就可以處理真實(shí)世界的不確定性。

今天，Dactyl所能做的只是旋轉(zhuǎn)一個(gè)方塊，但研究人員正在探索如何將這些技術(shù)應(yīng)用于更復(fù)雜的任務(wù)。比如制造業(yè)，無人駕駛飛機(jī)，甚至是無人駕駛汽車。