1
00:00:01,531 --> 00:00:03,368
说到机器人。

2
00:00:03,368 --> 00:00:04,832
机器人可被编程进行

3
00:00:04,832 --> 00:00:08,563
数百万次的重复任务，而几乎不出错，

4
00:00:08,563 --> 00:00:11,059
这对我们来说很难做到，对吧？

5
00:00:11,059 --> 00:00:14,220
工作中的机器人很迷人。

6
00:00:14,220 --> 00:00:15,476
看看它们。

7
00:00:15,476 --> 00:00:17,384
我可以盯着看几个小时。

8
00:00:18,108 --> 00:00:19,437
没有这种感觉吗？

9
00:00:19,437 --> 00:00:21,614
不那么迷人的是，

10
00:00:21,614 --> 00:00:24,547
如果这些机器人离开工厂，

11
00:00:24,547 --> 00:00:29,027
进入一个不同的环境，不像
在工厂这样进行过精确的了解和测量,

12
00:00:29,027 --> 00:00:33,301
去完成一项不需要什么
精度的简单任务，

13
00:00:33,301 --> 00:00:34,912
结果可能是这样的——

14
00:00:34,912 --> 00:00:37,731
我是说，就开个门，
不用考虑什么精度。

15
00:00:37,731 --> 00:00:38,671
（笑声）

16
00:00:38,671 --> 00:00:41,125
或者测量数据里有个小误差，

17
00:00:41,125 --> 00:00:43,191
它错过了阀门，就这样了——

18
00:00:43,191 --> 00:00:44,341
（笑声）

19
00:00:44,341 --> 00:00:46,785
多数情况下，根本无法恢复。

20
00:00:47,561 --> 00:00:49,236
这是为什么呢？

21
00:00:49,236 --> 00:00:51,000
多年来，

22
00:00:51,000 --> 00:00:54,410
机器人的设计一直
在强调速度和精度，

23
00:00:54,410 --> 00:00:57,362
这已经演变成了
一种非常特定的构架。

24
00:00:57,362 --> 00:00:58,743
如果观察一个机器臂，

25
00:00:58,743 --> 00:01:01,402
它是一组精准设计的刚性连杆，

26
00:01:01,402 --> 00:01:03,461
还有马达，也叫致动器，

27
00:01:03,461 --> 00:01:05,231
马达让连杆绕着关节移动。

28
00:01:05,231 --> 00:01:06,558
在这种机器人结构中，

29
00:01:06,558 --> 00:01:08,851
你必须完美地测量工作环境，

30
00:01:08,851 --> 00:01:10,748
了解周围环境里有什么，

31
00:01:10,748 --> 00:01:13,497
还要对机器关节的每一个运动

32
00:01:13,497 --> 00:01:15,522
完美地编程，

33
00:01:15,522 --> 00:01:18,784
因为一个小误差就会
产生非常大的故障，

34
00:01:18,784 --> 00:01:21,927
会损坏别的东西，或者
如果别的东西比机器人硬，

35
00:01:21,931 --> 00:01:24,092
就会损坏你的机器人。

36
00:01:24,092 --> 00:01:26,297
那么我们来说说这些机器人。

37
00:01:26,297 --> 00:01:29,520
不要去想这些机器人的大脑，

38
00:01:29,520 --> 00:01:32,265
也不要想我们对它们的
编程有多仔细，

39
00:01:32,265 --> 00:01:34,083
仅仅观察一下它们的身体。

40
00:01:34,606 --> 00:01:37,485
其中显然存在一些问题，

41
00:01:37,485 --> 00:01:40,612
因为使机器人精确并强壮的东西，

42
00:01:40,612 --> 00:01:45,001
同时也让它们在现实世界中
变得极度危险且低效，

43
00:01:45,001 --> 00:01:46,986
因为它们的身体不能变形，

44
00:01:46,986 --> 00:01:50,215
也不能更好地适应
与真实环境的交互。

45
00:01:51,226 --> 00:01:54,344
那么，不妨设想一种
截然相反的方式，

46
00:01:54,344 --> 00:01:57,162
让它比周围的所有东西都软。

47
00:01:57,827 --> 00:02:02,912
也许你觉得，如果它很柔软
就什么都干不了，

48
00:02:02,912 --> 00:02:04,089
这似乎有点道理。

49
00:02:04,089 --> 00:02:06,929
但大自然的说法则相反。

50
00:02:06,929 --> 00:02:08,660
例如，在海底，

51
00:02:08,660 --> 00:02:11,456
数千磅的静水压下，

52
00:02:11,456 --> 00:02:13,884
一只周身柔软的动物

53
00:02:13,884 --> 00:02:17,161
可以移动比它硬得多的物体，
并与之相互作用。

54
00:02:17,878 --> 00:02:20,725
它带着这个椰子壳到处走，

55
00:02:20,725 --> 00:02:23,109
就因为触角是柔软的，

56
00:02:23,109 --> 00:02:25,613
触角既是脚也是手。

57
00:02:26,241 --> 00:02:30,066
显然，章鱼还能打开罐子。

58
00:02:31,883 --> 00:02:33,637
很神奇，对吧？

59
00:02:35,918 --> 00:02:40,418
但是，这样的行为不仅仅是由
这种动物的大脑实现的，

60
00:02:40,418 --> 00:02:42,432
也是由它的身体实现的，

61
00:02:42,432 --> 00:02:46,464
这是一个明显的例子，
也许是最明显的例子，

62
00:02:46,464 --> 00:02:48,264
体现了嵌入式智能，

63
00:02:48,264 --> 00:02:51,550
这是所有生物都有的一种智能。

64
00:02:51,550 --> 00:02:53,116
我们也都有。

65
00:02:53,116 --> 00:02:56,958
我们的身体，它的
形状、质地和结构，

66
00:02:56,958 --> 00:03:00,140
是躯体活动的基础，

67
00:03:00,140 --> 00:03:05,753
我们能主动适应环境，

68
00:03:05,753 --> 00:03:08,477
所以能在各种各样的
状况下完成任务，

69
00:03:08,477 --> 00:03:11,430
而不必事先做很多计划或计算。

70
00:03:11,430 --> 00:03:14,129
那么为什么不把某些嵌入式智能

71
00:03:14,129 --> 00:03:15,684
应用到机器人中，

72
00:03:15,684 --> 00:03:18,033
让它们摆脱对计算和感知的

73
00:03:18,033 --> 00:03:20,050
过度依赖呢？

74
00:03:21,097 --> 00:03:23,747
要实现这一点，
我们可以遵循自然法则，

75
00:03:23,747 --> 00:03:26,359
因为大自然已经通过进化
设计出了非常好的

76
00:03:26,359 --> 00:03:30,855
与环境相互作用的机体。

77
00:03:30,855 --> 00:03:35,349
很容易注意到，大自然
经常使用柔软的材料，

78
00:03:35,349 --> 00:03:37,644
而很少使用坚硬的材料。

79
00:03:37,644 --> 00:03:41,436
这就是这个新领域，
或机器人领域所实现的，

80
00:03:41,436 --> 00:03:43,896
叫做“柔性机器人学”，

81
00:03:43,896 --> 00:03:47,632
它的主要目的不是制造超精密机器，

82
00:03:47,632 --> 00:03:49,569
因为我们已经有这种机器了，

83
00:03:49,569 --> 00:03:54,489
而是要让机器人能够面对
真实环境中的意外情况，

84
00:03:54,489 --> 00:03:56,176
从而能够进入真实环境。

85
00:03:56,176 --> 00:03:59,674
机器人之所以柔软，
首先是因为它的柔性躯干，

86
00:03:59,674 --> 00:04:05,205
它由可以承受很大变形的
材料或结构制成，

87
00:04:05,205 --> 00:04:07,096
不再用刚性的连杆，

88
00:04:07,096 --> 00:04:10,644
其次，为了让它们移动，
我们使用分布式驱动，

89
00:04:10,644 --> 00:04:15,676
我们必须持续控制这个
非常易变形的躯干的形状，

90
00:04:15,676 --> 00:04:18,974
它的效果就像
有很多个连杆和关节，

91
00:04:18,974 --> 00:04:21,687
但却根本没有任何刚性结构。

92
00:04:21,687 --> 00:04:24,047
可以想象，造一个
柔性机器人的过程

93
00:04:24,047 --> 00:04:26,427
与构造刚性机器人非常不同，

94
00:04:26,427 --> 00:04:30,228
后者需要用特定方法
去组装连杆、齿轮和螺钉。

95
00:04:30,948 --> 00:04:33,497
而对于软体机器人，
大多数情况下，

96
00:04:33,497 --> 00:04:35,648
只需要从头构建致动器，

97
00:04:35,648 --> 00:04:38,030
将柔性材料塑造成

98
00:04:38,030 --> 00:04:40,433
对特定输入做出响应的形式。

99
00:04:41,054 --> 00:04:43,512
例如让这个结构发生形变，

100
00:04:43,512 --> 00:04:45,983
如果想用刚性连杆和关节，

101
00:04:45,983 --> 00:04:49,261
需要相当复杂的形状去实现，

102
00:04:49,261 --> 00:04:51,594
而这里使用的只是一个输入值，

103
00:04:51,594 --> 00:04:52,958
比如大气压。

104
00:04:53,869 --> 00:04:57,358
好的，我们来看几个
很酷的柔性机器人吧。

105
00:04:57,765 --> 00:05:02,312
这个是哈佛大学研发的
一个可爱的小家伙，

106
00:05:02,312 --> 00:05:06,805
他靠着沿身体施加的压力波走路，

107
00:05:06,805 --> 00:05:10,091
由于是柔性的，
他可以从矮桥下溜过，

108
00:05:10,091 --> 00:05:11,292
再继续走，

109
00:05:11,292 --> 00:05:14,489
然后稍微变换姿势继续走。

110
00:05:15,345 --> 00:05:17,576
这是最初的原始模型，

111
00:05:17,576 --> 00:05:21,252
他们还构建了更强大的版本，
搭载了动力，

112
00:05:21,252 --> 00:05:26,699
该版本可以与外部真实的环境的互动，

113
00:05:26,699 --> 00:05:28,405
比如一辆车在它身上碾过...

114
00:05:30,090 --> 00:05:31,240
还能继续工作呢。

115
00:05:32,056 --> 00:05:33,207
太可爱了。

116
00:05:33,207 --> 00:05:34,628
（笑声）

117
00:05:34,628 --> 00:05:38,492
还有机器鱼，它能像
真鱼一样在水中游动，

118
00:05:38,492 --> 00:05:41,676
因为它有一个柔软的尾巴，

119
00:05:41,676 --> 00:05:43,570
同样利用了气压进行分布式驱动。

120
00:05:43,954 --> 00:05:45,442
那是麻省理工学院的作品，

121
00:05:45,442 --> 00:05:48,117
当然，还有机器章鱼。

122
00:05:48,117 --> 00:05:50,196
它实际上是柔性机器人学

123
00:05:50,196 --> 00:05:52,422
这一新领域开发的首批项目之一。

124
00:05:52,422 --> 00:05:53,858
你看到的是人造触须，

125
00:05:53,858 --> 00:05:58,887
其实整个机器都是用几根触须打造的，

126
00:05:58,887 --> 00:06:01,658
把机器扔进水里，

127
00:06:01,658 --> 00:06:05,951
可以看到它到处走，
探索海底世界，

128
00:06:05,951 --> 00:06:09,254
它的行为方式与硬机器人很不一样。

129
00:06:09,254 --> 00:06:12,914
这对于珊瑚礁等脆弱的环境非常重要。

130
00:06:12,914 --> 00:06:14,400
让我们回到陆地。

131
00:06:14,400 --> 00:06:15,800
你看到的这个画面是

132
00:06:15,800 --> 00:06:19,738
我的斯坦福同事开发的
正在成长的机器人。

133
00:06:19,738 --> 00:06:21,738
相机固定在上面。

134
00:06:21,738 --> 00:06:23,196
这个机器人很特别，

135
00:06:23,196 --> 00:06:25,622
因为利用气压，它从顶端生长，

136
00:06:25,622 --> 00:06:28,922
而身体的其他部分
与环境保持紧密接触。

137
00:06:29,316 --> 00:06:32,034
这是受到植物的启发，不是动物，

138
00:06:32,034 --> 00:06:35,349
它们以相似的方式
传过环境中的障碍不断生长，

139
00:06:35,349 --> 00:06:38,309
因此可以面对多种多样的情况。

140
00:06:39,043 --> 00:06:40,711
我是一名生物医学工程师，

141
00:06:40,711 --> 00:06:42,980
也许我最热衷的应用

142
00:06:42,980 --> 00:06:44,433
是在医学领域，

143
00:06:44,433 --> 00:06:49,274
我能想到的与人体近距离互动方式

144
00:06:49,274 --> 00:06:51,283
应该就是实际进入身体内部了，

145
00:06:51,283 --> 00:06:54,054
例如微创手术。

146
00:06:54,958 --> 00:06:58,360
在这方面，机器人对
外科医生的帮助很大，

147
00:06:58,360 --> 00:07:00,109
因为他们要进入人体
实施手术，就必须

148
00:07:00,109 --> 00:07:02,766
利用很小的开口和平直的器械，

149
00:07:02,766 --> 00:07:06,316
这些器械必须与
非常精细的结构相互作用，

150
00:07:06,316 --> 00:07:08,364
在非常不确定的环境中，

151
00:07:08,364 --> 00:07:10,039
并且必须保证安全。

152
00:07:10,039 --> 00:07:12,251
另外，要把相机带入体内，

153
00:07:12,251 --> 00:07:15,867
让医生看到手术区域内部，

154
00:07:15,867 --> 00:07:18,308
如果用硬的器械，
比如传统的内窥镜，

155
00:07:18,308 --> 00:07:19,825
是非常有挑战性的。

156
00:07:20,517 --> 00:07:23,106
我曾与欧洲的研究小组一起，

157
00:07:23,106 --> 00:07:25,702
开发了这种手术用
自摄像柔性机器人，

158
00:07:25,702 --> 00:07:29,470
它与传统内窥镜非常不同，

159
00:07:29,470 --> 00:07:32,574
能利用组件的柔性来移动，

160
00:07:32,574 --> 00:07:37,462
该组件可以向各个方向
弯曲，也可以伸长。

161
00:07:37,462 --> 00:07:41,002
外科医生实际上已经
在用它从不同视角

162
00:07:41,002 --> 00:07:43,070
观察自己对其它器械的操作，

163
00:07:43,070 --> 00:07:46,616
而不用太担心碰到周围的东西。

164
00:07:47,247 --> 00:07:50,990
这里可以看到操作中的柔性机器人，

165
00:07:50,990 --> 00:07:53,808
它就这么进去了。

166
00:07:53,808 --> 00:07:57,077
这是人体模拟器，
不是真正的人体。

167
00:07:57,077 --> 00:07:58,228
它可以四处移动，

168
00:07:58,228 --> 00:07:59,902
还能提供光照，因为通常

169
00:07:59,902 --> 00:08:03,023
身体里通常没什么光亮。

170
00:08:03,023 --> 00:08:04,296
最好别有。

171
00:08:04,296 --> 00:08:07,298
（笑声）

172
00:08:07,298 --> 00:08:11,996
有时，外科手术甚至
只用一根针就能完成，

173
00:08:11,996 --> 00:08:16,043
目前我们正在斯坦福研究
一种非常灵活的针，

174
00:08:16,043 --> 00:08:18,695
是一种非常微小的柔性机器人，

175
00:08:18,695 --> 00:08:22,119
它的机械结构被设计成能够
利用与组织的相互作用，

176
00:08:22,119 --> 00:08:24,389
在实体脏器内来回移动。

177
00:08:24,389 --> 00:08:28,109
这让我们有可能到达
实体脏器内部深处的

178
00:08:28,109 --> 00:08:30,167
许多不同组织，例如肿瘤，

179
00:08:30,167 --> 00:08:32,492
而且只需要使用单个切入点。

180
00:08:32,492 --> 00:08:36,061
你甚至可以在通往目标组织的路线上

181
00:08:36,061 --> 00:08:38,375
绕过想要避开的结构。

182
00:08:39,377 --> 00:08:42,682
显然，对于机器人技术来说，
这是一个非常激动人心的时刻。

183
00:08:42,682 --> 00:08:45,835
我们有了柔性结构的机器人，

184
00:08:45,835 --> 00:08:47,790
这对机器人界提出了

185
00:08:47,790 --> 00:08:49,777
新的、非常有挑战的问题，

186
00:08:49,777 --> 00:08:52,452
事实上，我们刚刚开始
学习如何控制，

187
00:08:52,452 --> 00:08:55,566
如何在这些非常灵活的
结构上放置传感器。

188
00:08:55,566 --> 00:08:58,656
当然，对于大自然在数百万年的
进化中创造的奇迹，

189
00:08:58,656 --> 00:09:00,778
我们的发现根本不值一提。

190
00:09:00,778 --> 00:09:02,882
但有一点我可以肯定：

191
00:09:02,882 --> 00:09:05,398
机器人将变得更加柔软和安全，

192
00:09:05,398 --> 00:09:08,780
它们将在现实生活中
为人类提供帮助。

193
00:09:08,780 --> 00:09:09,931
谢谢。

194
00:09:09,931 --> 00:09:14,343
（掌声）