大衛(wèi)·漢森（David Hanson）做了一些其他機(jī)器人制造者不愿做的事。他創(chuàng)造的機(jī)器人能夠模仿真人面部表情和面部動(dòng)作。這聽上去可能并不是一個(gè)新奇的想法，但事實(shí)上它的確如此。 　　 絕大多數(shù)機(jī)器人，雖具有人工智能，可以完成一些類似人類的動(dòng)作，但是它們的面部表情仍然很呆板。原因之一是，在機(jī)器人制造領(lǐng)域，人們普遍認(rèn)為機(jī)器人只是對(duì)人的面部表情的模仿?！拔彝耆毁澩@一觀點(diǎn)，我們被逼真的表情和手勢(shì)所吸引，”大衛(wèi)-漢森機(jī)器人公司總裁漢森表示。 　　 另一個(gè)原因是如何解決制造人工智能驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的重大技術(shù)難題，這個(gè)系統(tǒng)基于語音和機(jī)器視覺輸入，能可靠地模擬真人面部的48個(gè)主要肌肉群?！皺C(jī)器人不只是要會(huì)表達(dá)，更要學(xué)會(huì)在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間作出恰當(dāng)表達(dá)，”漢森說，例如基于眼睛接觸的面部表情，必須在1/3秒內(nèi)作出反應(yīng)，這樣看上去才更真實(shí)。 　　 漢森之前在羅德島設(shè)計(jì)學(xué)院（Rhode Island School of Design）研究藝術(shù)，目前已經(jīng)獲得了德克薩斯州立大學(xué)互動(dòng)藝術(shù)與工程博士學(xué)位，其本人表示一直致力于解決“將藝術(shù)與工程學(xué)相結(jié)合方面的問題。 　　 藝術(shù)性是顯而易見的。漢森制造的機(jī)器人的頭部，可模仿包括艾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）和作家菲利浦·狄克（Philip K. Dick）等著名人物，可以明顯地表現(xiàn)出數(shù)以千計(jì)的細(xì)微、可信的面部表情。“我們中很多人刻意避免將機(jī)器人制造的太像真人，但大衛(wèi)卻與眾不同，因?yàn)樗珜Ｗ⒂谘芯咳祟惷娌考?xì)節(jié)，”麻省理工學(xué)院（MIT）計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室研究員，亞倫·艾德辛格（Aaron Edsinger）如是說。他也是這類機(jī)器人的合作制造者之一。 　　 從工程學(xué)的角度看，漢森的機(jī)器人是對(duì)如何創(chuàng)造低功耗、緊湊型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究。以他的愛因斯坦（Einstein）機(jī)器人頭部為例，是由33個(gè)伺服馬達(dá)和關(guān)節(jié)組成，僅僅需要6V電源提供10W電力來實(shí)現(xiàn)其全部面部動(dòng)作。所需能量很小，僅需要8節(jié)AA電池。據(jù)漢森說，其他“富有表情的機(jī)器人”，指的不是在主題公園和眾多電影布景中見到的那種“啞巴”無生命仿人形機(jī)器人，這種機(jī)器人通常都需要3kW的電源供電，而且還要有一個(gè)電壓范圍，另外還需要?dú)饬飨到y(tǒng)或流壓流體存儲(chǔ)器。“在愛因斯坦表情機(jī)器人制造之前，具有復(fù)雜表情表現(xiàn)能力的機(jī)器人都需要輔助系統(tǒng)，”他說。 [ALIGN=CENTER] 菲利浦·狄克機(jī)器人真的很像已故科幻小說家，就連聲音都像。機(jī)器人人工智能的個(gè)性與他的作品主題相吻合，還有視覺系統(tǒng)和語音識(shí)別系統(tǒng)，這保證了機(jī)器人可以模仿人類的交談行為——包括人員識(shí)別能力，表情觀察，以及進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)話。[/ALIGN] 同時(shí)，如果仿人機(jī)器人被納入漢森稱之的“機(jī)器人革命”，自我包容就關(guān)系到很多的事情。機(jī)器人在未來幾年里似乎更有可能融入到我們的日常生活中，國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)公布的2006年世界機(jī)器人研究報(bào)告中預(yù)測(cè)，新型家用機(jī)器人，包括吸塵器機(jī)器人和剪草機(jī)器人的數(shù)量在2009年將達(dá)390萬臺(tái)。研究還表示，到2009年將有160萬臺(tái)新娛樂休閑機(jī)器人進(jìn)入家庭。 [align=center] 漢森的最知名智能機(jī)器人之一是愛因斯坦的頭部，這里放在一個(gè)雙足機(jī)器人身體上進(jìn)行展示，身體與頭部不是很契合。 [/align] 漢森希望能夠至少制造出一部分這些新型機(jī)器人。到目前為止，他已經(jīng)將幾臺(tái)這類價(jià)格昂貴的定制機(jī)器人成功銷售給了博物館、娛樂場(chǎng)所、科研實(shí)驗(yàn)室，其中一些價(jià)值超過13萬美元。例如，美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（NASA‘s Jet Propulsion Lab），就購買了這樣一臺(tái)機(jī)器人。庫珀-休伊特博物館（Cooper-Hewitt Museum），去年12月也安裝了一臺(tái)新版本的愛因斯坦機(jī)器人，將其作為美國(guó)國(guó)家設(shè)計(jì)三年展（National Design Triennial）的一部分。但是，在未來幾個(gè)月，漢森將致力于把這種雙足機(jī)器人推向消費(fèi)市場(chǎng)。 　　 與日本著名機(jī)器人制造者高橋智隆（Tomotaka Takahashi）合作，這些新的RoboKind機(jī)器人將會(huì)有14英寸高，其中機(jī)器人身體部分由高橋設(shè)計(jì)，而頭部則由漢森設(shè)計(jì)。這些卡通型機(jī)器人不僅可以到處走動(dòng)，而且還具有豐富的面部表情?！半p足機(jī)器人在日本并不罕見，有些機(jī)器人還能參加足球賽，”漢森說，“但我們的新型機(jī)器人將是唯一具有復(fù)雜面部表情的機(jī)器人。”漢森稱限量版新型機(jī)器人售價(jià)大約為1萬美元，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)模型成本大約3000美元，另將還會(huì)有一個(gè)簡(jiǎn)化版、價(jià)值300美元的模型。 　　 所有漢森機(jī)器人，無論是用在博物館中或家庭，都有一些關(guān)鍵技術(shù)。那些引人注目的技術(shù)都與漢森的人工智能方法有關(guān)——尤其是那些基于會(huì)話交流而產(chǎn)生另人難以置信面部表情的方式。菲利浦·狄克機(jī)器人甚至由于其人工智能而獲得了美國(guó)協(xié)會(huì)的獎(jiǎng)勵(lì)。 [align=center] 漢森將很快推出一種新的、消費(fèi)者關(guān)注的機(jī)器人，這種機(jī)器人是與日本的 RoboGarage 公司一起開發(fā)的。價(jià)格約在3000～10000 美元之間，機(jī)器人是一個(gè)具有14 英寸高的雙足機(jī)器人，具有豐富的面部表情。漢森還計(jì)劃推出面部表情動(dòng)作較少的約300 美元的機(jī)器人。這里是漢森早期繪制人物概念草圖之一。[/align] 漢森在機(jī)械上的創(chuàng)新給那些需要設(shè)計(jì)緊湊、高效率運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的工程師們提供了一個(gè)借鑒?！叭绻胍褭C(jī)器人融入到我們生活中，降低機(jī)器人能耗就顯得非常重要，”漢森表示，“可惜，在現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)技術(shù)水平上，降低能耗還沒有更多簡(jiǎn)便方法。”但是漢森想出了幾種方法。讓我們來了解這些方法。 　　 皮膚秘密 　　 要了解漢森機(jī)器人是如何工作的，最好先了解其皮膚。選擇皮膚材料并不僅僅是為了外表裝飾。漢森發(fā)明了“Frubber”，一種具有專利的硅橡膠彈性體，其機(jī)械性能影響著每一個(gè)機(jī)器人全部運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 　　 按照漢森的說法，F(xiàn)rubber是一種發(fā)泡的、鉑基彈性體，這種彈性體容積中70%是空氣。發(fā)泡彈性體在工業(yè)中使用很普遍。雖然，使Frubber分離的是漢森所稱之的“孔結(jié)構(gòu)”。他發(fā)明了一種特別的加工方法和彈性體化學(xué)屬性，這些使得他可以控制發(fā)泡的大小、分布、氣囊的形狀、氣泡容積，氣泡容積分布范圍從1微米到幾毫米。漢森說，這樣的尺寸分布允許一定容積泡沫包含有更多的空氣——在相對(duì)小的氣泡與相對(duì)大的氣泡之間。漢森可以微調(diào)氣泡中的空氣量，從而改變Frubber的最終密度。 [align=center] 愛因斯坦機(jī)器人頭部充滿電線和 馬達(dá)。漢森在1 年半前開始研制 第一代愛因斯坦機(jī)器人模型，但 從那時(shí)起，他已經(jīng)簡(jiǎn)化了機(jī)器人 頭部33個(gè)侍服馬達(dá)的布局，以便 每一個(gè)馬達(dá)都能夠由一個(gè)抽取式 面板進(jìn)行控制。[/align] [align=center] 漢森機(jī)器人面部采用剛硬頭骨底層，這 不僅能將全部馬達(dá)包括進(jìn)去，還為頭部 內(nèi)關(guān)節(jié)提供定位點(diǎn)，以便驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的 彈性體皮膚。[/align] 這種內(nèi)有空氣的材料運(yùn)動(dòng)時(shí)有一點(diǎn)像“人的臉部組織，”漢森說，它不需太大力量就可移動(dòng)。泡沫型彈性體僅擁有相同體積實(shí)體彈性體質(zhì)量的30%。“所以你就會(huì)立刻希望使泡沫型彈性體發(fā)生變形只需實(shí)體彈性體變形能耗的30%，”漢森說，但實(shí)際上它發(fā)生變形所需的能量更少，即不到30%。 　　 通過顯微鏡觀察，當(dāng)彈性體材料拉長(zhǎng)時(shí)，該材料會(huì)呈現(xiàn)出手風(fēng)琴狀氣囊結(jié)構(gòu)。漢森說在相等拉長(zhǎng)下，典型Frubber所需力量是實(shí)體所需力量的1/10。同樣，在相同的壓縮尺寸下，F(xiàn)rubber所需的力量是實(shí)體所需力量的1/13——當(dāng)壓力稍高就返回到手風(fēng)琴狀氣囊的崩潰狀態(tài)。漢森說彈性體材料能夠經(jīng)受數(shù)萬次交互循環(huán)，其伸長(zhǎng)率可能達(dá)到900%，盡管該材料的彈性體氣囊壁可能在開始時(shí)就損壞了450%。 [align=center] 目前還沒有能夠?qū)埩?、速度和能量密度?lián)系在一起來真實(shí)模仿人類肌肉的驅(qū)動(dòng) 技術(shù)馬達(dá)。在更好的驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)之前，漢森已經(jīng)找到使馬達(dá)可以運(yùn)轉(zhuǎn)的辦法。[/align] Frubber僅需要極小的力就能產(chǎn)生形變的特點(diǎn)對(duì)于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的其他部位有非常重要的好處。“變形力越少，需要的馬達(dá)和聯(lián)接就越小，這減少了能量需求，”漢森說?！癋rubber使一切成為可能?！? [align=center] 壓縮Frubber只需要一點(diǎn)點(diǎn)力就可以，用一種泡沫硅彈性體做機(jī)器人皮膚。 作為回報(bào)，低驅(qū)動(dòng)力使?jié)h森可采用小馬達(dá)并保持所需動(dòng)力最小。[/align] 美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室資深研究科學(xué)家、先進(jìn)技術(shù)研究組負(fù)責(zé)人約瑟夫·巴科恩（Yoseph Bar-Cohen）博士對(duì)此也有相同的看法。巴科恩是人造肌肉研究方面的開拓者，他在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的非破壞性評(píng)估與推進(jìn)加速器（NDEAA）上安裝了一個(gè)漢森機(jī)器人頭。 　　 這些例子顯示出了活動(dòng)中的類人機(jī)器人原型。聚合體創(chuàng)新使得皮膚擁有更好的收縮和聚束情形，同時(shí)消耗非常少的電量，采用電池就可使輕量級(jí)機(jī)器人行走。 　　 大衛(wèi)·漢森的視頻禮貌 　　 巴科恩計(jì)劃以機(jī)器人頭為平臺(tái)開發(fā)各種基于電活性聚合物的人造肌肉，目前仍有一些力量和速度限制?！按笮l(wèi)的機(jī)器人需要很少的驅(qū)動(dòng)力和電能，這樣機(jī)器人很完美，”他說。“如果說存在針對(duì)機(jī)器人的人造肌肉的合適測(cè)試平臺(tái)，那這種機(jī)器人就是一個(gè)合適平臺(tái)?！卑涂贫髡f，雖然他又補(bǔ)充表示，“要真正利用電活性聚合物來驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，還有一些工作要做?！? 　　 驅(qū)動(dòng) 　　 即使采用Frubber有助于減少機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力，漢森仍堅(jiān)持開發(fā)出針對(duì)每個(gè)機(jī)器人人工智能軟件輸入量，而作出反應(yīng)并展示出面部表情的驅(qū)動(dòng)器，這種人工智能軟件是基于語音識(shí)別、機(jī)器視覺，甚至面部識(shí)別的軟件?！拔艺J(rèn)為面部表情是一個(gè)四維雕塑，”漢森說。 　　 在那時(shí)維數(shù)可能無變化。為什么其他機(jī)器人制造者必須考慮在零點(diǎn)幾秒鐘內(nèi)關(guān)閉控制系統(tǒng)？其實(shí)，漢森是在不同速度下關(guān)閉不同回路，這取決于機(jī)器人的任務(wù)?！皩?duì)于人臉識(shí)別任務(wù)，機(jī)器人可能需略加思考，也許需要一秒鐘，并不會(huì)看上去不自然，”他說。然而為了保持眼睛接觸，達(dá)到象人一樣的速度，控制系統(tǒng)要在20～30ms內(nèi)關(guān)閉?！斑@大大快于反應(yīng)時(shí)間”，他說。 　　 為了驅(qū)動(dòng)這些機(jī)器人，漢森采用了小型伺服馬達(dá)——而且相當(dāng)多?，F(xiàn)在版本的愛因斯坦機(jī)器人有33個(gè)不同的伺服馬達(dá)，約有一半的伺服馬達(dá)可以模仿臉部肌肉雙向移動(dòng)。他采用的馬達(dá)具有256增量反饋?！半m然沒有納米級(jí)精度，”漢森說。“這種方案的33個(gè)馬達(dá)能提供‘無數(shù)種運(yùn)動(dòng)可能’“他補(bǔ)充說。漢森通常從HiTec購買現(xiàn)貨馬達(dá)?！斑@些馬達(dá)并不是最便宜的，但都有一個(gè)很好的性價(jià)比;他說，“你可以在任何專賣店內(nèi)購買到這種馬達(dá)。 　　 為了控制機(jī)器人頭所有運(yùn)動(dòng)，漢森自創(chuàng)了基于PIC的控制器。綜合來自機(jī)器人視覺系統(tǒng)和語音識(shí)別系統(tǒng)的信息后，控制器發(fā)出伺服控制指令。語音識(shí)別系統(tǒng)在一個(gè)筆記本電腦上操作，并與機(jī)器人無線連接。為了弄清楚漢森是如何綜合這些數(shù)據(jù)的，我們可以考慮一下他的機(jī)器人是如何與一群人交流的。機(jī)器人可能轉(zhuǎn)動(dòng)頭部或盯著人群中的說話者，甚至看上去似乎要與那個(gè)說話者交談。在這樣情形下，機(jī)器人控制器綜合兩個(gè)數(shù)據(jù)來源，以便判斷出說話者。視覺系統(tǒng)讓電腦“看到”誰的嘴在動(dòng)。而語音識(shí)別系統(tǒng)的立體聲話筒，讓機(jī)器人“聽”到聲音發(fā)出的方向-——更確切說，漢森監(jiān)控立體聲信號(hào)中的相位差。 　　 識(shí)別出說話者只是例子之一。適時(shí)地將所有感官數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成幾千種恰當(dāng)?shù)谋砬椋枰獛浊l規(guī)則，運(yùn)算法則，甚至于依賴一個(gè)靜態(tài)表達(dá)數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，漢森指出類似人的表情具有多重自由度。例如，機(jī)器人能夠同時(shí)抬高眉毛和張開嘴來表達(dá)“驚訝”。創(chuàng)造出所有控制產(chǎn)生表情的規(guī)則同時(shí)依賴于“感官科學(xué)和自我感知以及軟件工程”，漢森表示。 為了顯示他控制電機(jī)的威力并且能將它們安裝在機(jī)器人頭骨內(nèi)，漢森不認(rèn)為傳統(tǒng)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)機(jī)器人面部運(yùn)動(dòng)的理想選擇。事實(shí)上，他必須構(gòu)造一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)去近似模擬真實(shí)臉部肌肉運(yùn)動(dòng)?！榜R達(dá)具有人類肌肉所沒有的慣性和振動(dòng)行為，”他說。漢森通過聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)已經(jīng)成功地克服了這些困難。他經(jīng)常會(huì)增加一些附屬元件而不采用剛性連接，以便他們的行為看上去更自然。但其他時(shí)候，他用辮狀尼龍電纜將馬達(dá)連接在機(jī)器人臉部區(qū)域。 　　 不斷地尋找馬達(dá)的替代品，漢森密切關(guān)注人造肌肉技術(shù)。最近，他一直在評(píng)估壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)，這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)得到國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助。但他表示，相對(duì)于現(xiàn)實(shí)使用的機(jī)器人來說，700美元的驅(qū)動(dòng)器仍然太貴。對(duì)于未來機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器，他將希望放在了基于電活性聚合物的人造肌肉上?！坝绕涫钱?dāng)你能將這些肌肉注進(jìn)皮膚里時(shí)，將消除繁雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)”他說。