WEBVTT

00:00:01.531 --> 00:00:03.368
说到机器人。

00:00:03.368 --> 00:00:04.832
机器人可被编程进行

00:00:04.832 --> 00:00:08.563
数百万次的重复任务，而几乎不出错，

00:00:08.563 --> 00:00:11.059
这对我们来说很难做到，对吧？

00:00:11.059 --> 00:00:14.220
工作中的机器人很迷人。

00:00:14.220 --> 00:00:15.476
看看它们。

00:00:15.476 --> 00:00:17.384
我可以盯着看几个小时。

00:00:18.108 --> 00:00:19.437
没有这种感觉吗？

00:00:19.437 --> 00:00:21.614
不那么迷人的是，

00:00:21.614 --> 00:00:24.547
如果这些机器人离开工厂，

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,

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，

00:00:33.301 --> 00:00:34.912
结果可能是这样的——

00:00:34.912 --> 00:00:37.731
我是说，就开个门，
不用考虑什么精度。

NOTE Paragraph

00:00:37.731 --> 00:00:38.671
（笑声）

NOTE Paragraph

00:00:38.671 --> 00:00:41.125
或者测量数据里有个小误差，

00:00:41.125 --> 00:00:43.191
它错过了阀门，就这样了——

NOTE Paragraph

00:00:43.191 --> 00:00:44.341
（笑声）

NOTE Paragraph

00:00:44.341 --> 00:00:46.785
多数情况下，根本无法恢复。

NOTE Paragraph

00:00:47.561 --> 00:00:49.236
这是为什么呢？

00:00:49.236 --> 00:00:51.000
多年来，

00:00:51.000 --> 00:00:54.410
机器人的设计一直
在强调速度和精度，

00:00:54.410 --> 00:00:57.362
这已经演变成了
一种非常特定的构架。

00:00:57.362 --> 00:00:58.743
如果观察一个机器臂，

00:00:58.743 --> 00:01:01.402
它是一组精准设计的刚性连杆，

00:01:01.402 --> 00:01:03.461
还有马达，也叫致动器，

00:01:03.461 --> 00:01:05.231
马达让连杆绕着关节移动。

00:01:05.231 --> 00:01:06.558
在这种机器人结构中，

00:01:06.558 --> 00:01:08.851
你必须完美地测量工作环境，

00:01:08.851 --> 00:01:10.748
了解周围环境里有什么，

00:01:10.748 --> 00:01:13.497
还要对机器关节的每一个运动

00:01:13.497 --> 00:01:15.522
完美地编程，

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，

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，

00:01:21.931 --> 00:01:24.092
就会损坏你的机器人。

NOTE Paragraph

00:01:24.092 --> 00:01:26.297
那么我们来说说这些机器人。

00:01:26.297 --> 00:01:29.520
不要去想这些机器人的大脑，

00:01:29.520 --> 00:01:32.265
也不要想我们对它们的
编程有多仔细，

00:01:32.265 --> 00:01:34.083
仅仅观察一下它们的身体。

00:01:34.606 --> 00:01:37.485
其中显然存在一些问题，

00:01:37.485 --> 00:01:40.612
因为使机器人精确并强壮的东西，

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，

00:01:45.001 --> 00:01:46.986
因为它们的身体不能变形，

00:01:46.986 --> 00:01:50.215
也不能更好地适应
与真实环境的交互。

00:01:51.226 --> 00:01:54.344
那么，不妨设想一种
截然相反的方式，

00:01:54.344 --> 00:01:57.162
让它比周围的所有东西都软。

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，

00:02:02.912 --> 00:02:04.089
这似乎有点道理。

00:02:04.089 --> 00:02:06.929
但大自然的说法则相反。

00:02:06.929 --> 00:02:08.660
例如，在海底，

00:02:08.660 --> 00:02:11.456
数千磅的静水压下，

00:02:11.456 --> 00:02:13.884
一只周身柔软的动物

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。

00:02:17.878 --> 00:02:20.725
它带着这个椰子壳到处走，

00:02:20.725 --> 00:02:23.109
就因为触角是柔软的，

00:02:23.109 --> 00:02:25.613
触角既是脚也是手。

00:02:26.241 --> 00:02:30.066
显然，章鱼还能打开罐子。

00:02:31.883 --> 00:02:33.637
很神奇，对吧？

NOTE Paragraph

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，

00:02:40.418 --> 00:02:42.432
也是由它的身体实现的，

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，

00:02:46.464 --> 00:02:48.264
体现了嵌入式智能，

00:02:48.264 --> 00:02:51.550
这是所有生物都有的一种智能。

00:02:51.550 --> 00:02:53.116
我们也都有。

00:02:53.116 --> 00:02:56.958
我们的身体，它的
形状、质地和结构，

00:02:56.958 --> 00:03:00.140
是躯体活动的基础，

00:03:00.140 --> 00:03:05.753
我们能主动适应环境，

00:03:05.753 --> 00:03:08.477
所以能在各种各样的
状况下完成任务，

00:03:08.477 --> 00:03:11.430
而不必事先做很多计划或计算。

NOTE Paragraph

00:03:11.430 --> 00:03:14.129
那么为什么不把某些嵌入式智能

00:03:14.129 --> 00:03:15.684
应用到机器人中，

00:03:15.684 --> 00:03:18.033
让它们摆脱对计算和感知的

00:03:18.033 --> 00:03:20.050
过度依赖呢？

00:03:21.097 --> 00:03:23.747
要实现这一点，
我们可以遵循自然法则，

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

00:03:26.359 --> 00:03:30.855
与环境相互作用的机体。

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，

00:03:35.349 --> 00:03:37.644
而很少使用坚硬的材料。

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，

00:03:41.436 --> 00:03:43.896
叫做“柔性机器人学”，

00:03:43.896 --> 00:03:47.632
它的主要目的不是制造超精密机器，

00:03:47.632 --> 00:03:49.569
因为我们已经有这种机器了，

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，

00:03:54.489 --> 00:03:56.176
从而能够进入真实环境。

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，

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，

00:04:05.205 --> 00:04:07.096
不再用刚性的连杆，

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，

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，

00:04:15.676 --> 00:04:18.974
它的效果就像
有很多个连杆和关节，

00:04:18.974 --> 00:04:21.687
但却根本没有任何刚性结构。

NOTE Paragraph

00:04:21.687 --> 00:04:24.047
可以想象，造一个
柔性机器人的过程

00:04:24.047 --> 00:04:26.427
与构造刚性机器人非常不同，

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。

00:04:30.948 --> 00:04:33.497
而对于软体机器人，
大多数情况下，

00:04:33.497 --> 00:04:35.648
只需要从头构建致动器，

00:04:35.648 --> 00:04:38.030
将柔性材料塑造成

00:04:38.030 --> 00:04:40.433
对特定输入做出响应的形式。

00:04:41.054 --> 00:04:43.512
例如让这个结构发生形变，

00:04:43.512 --> 00:04:45.983
如果想用刚性连杆和关节，

00:04:45.983 --> 00:04:49.261
需要相当复杂的形状去实现，

00:04:49.261 --> 00:04:51.594
而这里使用的只是一个输入值，

00:04:51.594 --> 00:04:52.958
比如大气压。

NOTE Paragraph

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。

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，

00:05:02.312 --> 00:05:06.805
他靠着沿身体施加的压力波走路，

00:05:06.805 --> 00:05:10.091
由于是柔性的，
他可以从矮桥下溜过，

00:05:10.091 --> 00:05:11.292
再继续走，

00:05:11.292 --> 00:05:14.489
然后稍微变换姿势继续走。

00:05:15.345 --> 00:05:17.576
这是最初的原始模型，

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，

00:05:21.252 --> 00:05:26.699
该版本可以与外部真实的环境的互动，

00:05:26.699 --> 00:05:28.405
比如一辆车在它身上碾过...

00:05:30.090 --> 00:05:31.240
还能继续工作呢。

NOTE Paragraph

00:05:32.056 --> 00:05:33.207
太可爱了。

NOTE Paragraph

00:05:33.207 --> 00:05:34.628
（笑声）

NOTE Paragraph

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，

00:05:38.492 --> 00:05:41.676
因为它有一个柔软的尾巴，

00:05:41.676 --> 00:05:43.570
同样利用了气压进行分布式驱动。

00:05:43.954 --> 00:05:45.442
那是麻省理工学院的作品，

00:05:45.442 --> 00:05:48.117
当然，还有机器章鱼。

00:05:48.117 --> 00:05:50.196
它实际上是柔性机器人学

00:05:50.196 --> 00:05:52.422
这一新领域开发的首批项目之一。

00:05:52.422 --> 00:05:53.858
你看到的是人造触须，

00:05:53.858 --> 00:05:58.887
其实整个机器都是用几根触须打造的，

00:05:58.887 --> 00:06:01.658
把机器扔进水里，

00:06:01.658 --> 00:06:05.951
可以看到它到处走，
探索海底世界，

00:06:05.951 --> 00:06:09.254
它的行为方式与硬机器人很不一样。

00:06:09.254 --> 00:06:12.914
这对于珊瑚礁等脆弱的环境非常重要。

NOTE Paragraph

00:06:12.914 --> 00:06:14.400
让我们回到陆地。

00:06:14.400 --> 00:06:15.800
你看到的这个画面是

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。

00:06:19.738 --> 00:06:21.738
相机固定在上面。

00:06:21.738 --> 00:06:23.196
这个机器人很特别，

00:06:23.196 --> 00:06:25.622
因为利用气压，它从顶端生长，

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。

00:06:29.316 --> 00:06:32.034
这是受到植物的启发，不是动物，

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，

00:06:35.349 --> 00:06:38.309
因此可以面对多种多样的情况。

NOTE Paragraph

00:06:39.043 --> 00:06:40.711
我是一名生物医学工程师，

00:06:40.711 --> 00:06:42.980
也许我最热衷的应用

00:06:42.980 --> 00:06:44.433
是在医学领域，

00:06:44.433 --> 00:06:49.274
我能想到的与人体近距离互动方式

00:06:49.274 --> 00:06:51.283
应该就是实际进入身体内部了，

00:06:51.283 --> 00:06:54.054
例如微创手术。

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，

00:06:58.360 --> 00:07:00.109
因为他们要进入人体
实施手术，就必须

00:07:00.109 --> 00:07:02.766
利用很小的开口和平直的器械，

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，

00:07:06.316 --> 00:07:08.364
在非常不确定的环境中，

00:07:08.364 --> 00:07:10.039
并且必须保证安全。

00:07:10.039 --> 00:07:12.251
另外，要把相机带入体内，

00:07:12.251 --> 00:07:15.867
让医生看到手术区域内部，

00:07:15.867 --> 00:07:18.308
如果用硬的器械，
比如传统的内窥镜，

00:07:18.308 --> 00:07:19.825
是非常有挑战性的。

NOTE Paragraph

00:07:20.517 --> 00:07:23.106
我曾与欧洲的研究小组一起，

00:07:23.106 --> 00:07:25.702
开发了这种手术用
自摄像柔性机器人，

00:07:25.702 --> 00:07:29.470
它与传统内窥镜非常不同，

00:07:29.470 --> 00:07:32.574
能利用组件的柔性来移动，

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。

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

00:07:41.002 --> 00:07:43.070
观察自己对其它器械的操作，

00:07:43.070 --> 00:07:46.616
而不用太担心碰到周围的东西。

00:07:47.247 --> 00:07:50.990
这里可以看到操作中的柔性机器人，

00:07:50.990 --> 00:07:53.808
它就这么进去了。

00:07:53.808 --> 00:07:57.077
这是人体模拟器，
不是真正的人体。

00:07:57.077 --> 00:07:58.228
它可以四处移动，

00:07:58.228 --> 00:07:59.902
还能提供光照，因为通常

00:07:59.902 --> 00:08:03.023
身体里通常没什么光亮。

NOTE Paragraph

00:08:03.023 --> 00:08:04.296
最好别有。

NOTE Paragraph

00:08:04.296 --> 00:08:07.298
（笑声）

NOTE Paragraph

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，

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，

00:08:16.043 --> 00:08:18.695
是一种非常微小的柔性机器人，

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，

00:08:22.119 --> 00:08:24.389
在实体脏器内来回移动。

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

00:08:28.109 --> 00:08:30.167
许多不同组织，例如肿瘤，

00:08:30.167 --> 00:08:32.492
而且只需要使用单个切入点。

00:08:32.492 --> 00:08:36.061
你甚至可以在通往目标组织的路线上

00:08:36.061 --> 00:08:38.375
绕过想要避开的结构。

NOTE Paragraph

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。

00:08:42.682 --> 00:08:45.835
我们有了柔性结构的机器人，

00:08:45.835 --> 00:08:47.790
这对机器人界提出了

00:08:47.790 --> 00:08:49.777
新的、非常有挑战的问题，

00:08:49.777 --> 00:08:52.452
事实上，我们刚刚开始
学习如何控制，

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。

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，

00:08:58.656 --> 00:09:00.778
我们的发现根本不值一提。

NOTE Paragraph

00:09:00.778 --> 00:09:02.882
但有一点我可以肯定：

00:09:02.882 --> 00:09:05.398
机器人将变得更加柔软和安全，

00:09:05.398 --> 00:09:08.780
它们将在现实生活中
为人类提供帮助。

00:09:08.780 --> 00:09:09.931
谢谢。

NOTE Paragraph

00:09:09.931 --> 00:09:14.343
（掌声）