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2017-12-14日 12:13:24 来源: 韶关日报 作者:特约记者 谭玉玲

  解码日本人形机器人:

  寻找有“心”的人类伙伴

  在人形机器人研究团队负责人菅野重樹看来,未来,机器人和人类将是一种伙伴、朋友的关系,机器人能自我学习,也能意识到人类的重要性。到那一天,机器人将不再是一台机器

  本刊记者/王齐龙

人类共生机器人TWENDY-ONE。早稻田大学供图
人类共生机器人TWENDY-ONE。早稻田大学供图

  银灰色的外墙上裸露着尺寸不一的管道,走在日本早稻田大学西校区布局紧凑的建筑中,宛如走进了一间工厂,与其所在的东京市中心繁华商业区新宿形成了鲜明对比。

  菅野重樹的办公室在中59号楼3层走廊的尽头,是典型的日本式的狭小简约风格。约10平方米的空间里,靠墙摆放着一排书柜,再放下4张长办公桌,过道仅允许一人走过。每张办公桌上,都摞着一叠叠文件资料。狭小的空间里,BB-8、R2-D2等《星球大战》系列电影里的机器人玩偶以及菅野重樹研发的与人共生型机器人TWENDY-ONE模型的待遇有些“奢侈”,占据了会客长桌上的约三分之一的空间。

  年近59岁的菅野重樹现任早稻田大学创造理工学部部长,并担任该校未来机器人研究机构的人机共创研究所所长。自上世纪70年代首次在报纸上看到早稻田大学机器人实验室研发出世界上第一台人形机器人WABOT-1起,他此后的40多年都与这所高校的机器人研究历程紧紧地联系在一起。

  看着助理用茶盘端来的大麦茶,菅野重樹告诉《中国新闻周刊》,早稻田大学人形机器人研究的灵感就是从茶叙开始的。

  “这是一个梦想,对于未来的一个期望。”菅野重樹说,在他眼中,机器人不是人类的工具,而是伙伴。他研究的终极目标是希望能创造出机器人的“こころ”(直译为“心”),到那一天,机器人将不再是一台机器。

  “上茶”激发出的灵感

  时隔44年,菅野重樹仍依稀记得日本学者成功研发出第一台人形机器人时的情形。1973年9月,初中生菅野重樹从报纸上看到了日本早稻田大学科学家加藤一郎成功研制出WABOT-1的新闻和这台机器人的图片。

  这台取名于早稻田大学英文名(Waseda University)的机器人约两米高,配置了机械手及人工视觉、听觉装置,不仅有拟人化的机械外形,而且可以行走,搬运物品,甚至能用日语与人类进行简单对话。

  约5年后,加藤一郎到中国北京访问,还在一场报告会上播放了一盘人形机器人WABOT-1的录像带。

  尽管受制于语言和技术等多方面的局限,在场的中国学者对加藤一郎所作的报告“听不太懂”,但WABOT-1的影像展示着实让他们“大开眼界”。

  北京机械工业自动化研究所高级工程师曹祥康多年后向媒体回忆说,“这台机器人看起来非常笨重,出场像‘人猿泰山’一样,十多秒才迈出一小步,但这在当时已经十分了不起了。”

  与美国自上世纪50年代开始着重研发工业机器人不同,早稻田大学的科学家不仅关注机器人的功能,而且关注形体设计。

  在投身机器人研究前,加藤一郎曾从事医学工程,他将对人体的探索应用到机器人的研发上,并将自己的团队描述为从事“生物机械电子学”研究。“这是一项跨学科的科学,旨在用机器复制动物的有机功能”。

  1964年,加藤一郎实验室开展的人工下肢研究,成为早稻田大学人形机器人研究的起点。仅5年过后,加藤一郎就率先研制出世界上第一台会用双脚走路的机器人。他也由此被称为“人形机器人之父”。

  菅野重樹告诉《中国新闻周刊》,虽然与美国相比起步较晚,但日本机器人研发能如此快速发展,一方面得益于二战后日本经济的快速发展,另一方面则得益于新技术进步提供的支撑。

  在1964年10月1日东京奥运会前夕,连接日本东京至大阪的新干线通车运营。而在加藤一郎研发出双足行走机器人的1969年,美国阿波罗11号飞船也成功登上月球。

  菅野重樹说,一连串的科技事件背后,是电气工程、机械工程和计算机科学等领域一大批新的技术创新投入应用,这是“关键的条件”。

  就在一次办公室闲聊中,加藤一郎和好友、从事语音识别研究的早稻田大学教授白井克彦谈起了对未来机器人发展的构想。此时,办公室助理走过来为两位教授上茶。就是这个日常的举动,给加藤一郎和白井克彦后来的“思维实验”带来了灵感:在不远的将来,服务型机器人对人类社会来说将十分重要。

  加藤一郎和白井克彦决定合作研发人形机器人,还邀请了早稻田大学里的应用物理学和汽车工程学的两名教授参与,希望将世界上先进的技术应用到项目的研发上。

  由于此前在上肢、下肢的机械研究上有丰富的积累,早稻田大学人形机器人的研发从1970年启动,到1973年就有所突破。

  随着WABOT-1的出现,不少日本青少年对机器人的热情也受到了激发。其中就包括菅野重樹和同为科幻小说迷的同学。他们迸发出了到实验室近距离观看WABOT-1的想法。

  1978年的一天,已是高中生的菅野重樹直接去了加藤一郎实验室。

  菅野重樹记得,加藤一郎虽然工作很忙碌,但依然领着他和好友在实验室里参观各种机器人和机械手、机械腿假肢。菅野重樹和加藤一郎的师生情,就发端于这段有趣的体验。

  1981年,在早稻田大学理工学部修读硕士学位的菅野重樹从激烈的竞争中脱颖而出,争取到了在加藤一郎实验室担任研究助理的机会。

  人机钢琴合奏惊艳世博会

  菅野重樹开始在实验室担任助理后不久,加藤一郎、白井克彦等4名早稻田大学机器人研究者开始寻找下一个目标。他们经常开会讨论,希望在WABOT-1的基础上,研发新一款具有前瞻性的机器人系统。

  进入上世纪80年代,伴随着日本汽车和电子制造业的崛起,工业机器人在日本迅速普及,1980年也由此被称为日本的“机器人元年”。

  加藤一郎和其他科学家决定把研发一款钢琴弹奏机器人系统作为WABOT-2的目标。他们并不满足于制造一款可以24小时不停运转的在工厂工作的工业机器人,而是希望在不远的将来让机器人能够真正走进人类生活。“这样的机器人需要具有智力,活动灵巧,拥有较强的信息处理系统”。

  菅野重樹说,弹奏钢琴是对机器人信息处理能力的一大考验。首先,机器人需要具备识别乐谱的视觉系统;其次,机器人的手指、手和手臂等需要协调运转,关节间还需要做出许多角度的弯曲。

  而加藤一郎在实验室里的几个硕士生人选中挑选了菅野重樹加入WABOT-2项目,是在他知道菅野重樹会弹钢琴后。

  确定好目标后,研究人员逐步开展实验,并在不断实验的基础上,修正此前的设想。

  令实验室人员感到措手不及的是,1982年的一天,加藤一郎告诉他们,应日本政府的要求,WABOT-2将于1985年3月在日本科学城筑波举行的科学技术世界博览会开幕式上演出。

  研究团队起早贪黑加紧工作,就在距离世博会开幕仅剩6个月的时候,WABOT-2正式对外发布。加藤实验室的合作企业住友电气工业株式会社在余下的时间里制造出了改进版WASUBOT。

  开幕式那天,在日本政府主办的“人类和科学技术”主题展区里共展出了3台机器人。除了一台由东京理工大学研发的四足机器人外,余下两台都来自早稻田大学,分别为两足站立行走机器人WHL-11和WASUBOT。

  机器人WASUBOT与日本NHK交响乐团共同演奏,是那届科学技术世界博览会让人印象最深的画面之一。台下的观众通过舞台大屏幕,可以清晰地看到WASUBOT的10根手指在黑白琴键上灵活跳跃。

  菅野重樹和同事们为WASUBOT提前“排练”了很多首曲子,第一首曲子是当红的日本女歌手松田圣子的《玻璃苹果》配乐。

  “是的,就像我们常说的,我们能够做到。”从四足机器人,两足站立行走机器人,再到WASUBOT在开幕式上的人机钢琴合奏,菅野重樹说,日本政府通过展区中3台机器人的展示,希望向外界传达出体现人类的进步和成就。

早稻田大学创造理工学部部长菅野重樹。王齐龙摄影
早稻田大学创造理工学部部长菅野重樹。王齐龙摄影

  “去思考机器人的概念和哲学含义,而不是技术”

  在机器人研究学界里,曾担任日本机器人学会会长的加藤一郎地位极高。事务繁忙的他,也不经常在实验室出现。

  不过,相比于其他学生,作为研究助理的菅野重樹拥有更多和加藤一郎接触的时间。加藤一郎时常会让他思考,在未来,机器人对于人类而言,应该怎样去定义,人与机器人应该是怎样的一种关系。

  “我从加藤一郎教授身上学到最多的,是如何去‘做梦’,去思考机器人的概念和哲学含义,而不是技术。”菅野重樹告诉《中国新闻周刊》。

  1991年,在早稻田大学科学与工程高级研究中心,加藤一郎和参与过两个WABOT项目的研究人员共同启动了人形机器人的新项目。他们认为21世纪将会实现人与机器人共生的社会,也希望通过这一项目探索人与机器人如何实现和谐交流。

  不幸的是,1994年6月,加藤一郎突然离世。但他在早稻田大学的人形机器人研究事业没有因此中断,从加藤实验室毕业的研究人员分别支撑起了不同的研究领域。

  其中,高西淳夫延续了实验室著名的两足行走机器人的研究。而研发“人类共生机器人”(human symbiotic robot)的重担,则交到了菅野重樹的身上。

  1999年,菅野重樹的实验室成功研发出共生机器人WENDY。这款机器人有一双粉红色机械手臂,里面的每个关节都以被动式安全阻抗结构来设计,能够吸收、减缓外部冲击力。同时,它还有一双灵活的仿真手掌,能往煎锅里打鸡蛋,并保持完好形态。

  几乎同一时期,日本企业索尼、本田相继推出了宠物狗机器人“Aibo”和两足站立行走式机器人“Asimo”等娱乐型机器人,搅动了日本的消费市场。

  不过,菅野重樹认为,尽管娱乐型机器人备受欢迎,也让两足步行技术受到很大关注,同时医疗和工业机器人也很重要,但日本社会面临日益老龄化的危机,人形机器人领域的研究仍显得不足。

  WENDY系统同时具备的灵活性和安全机制,在菅野重樹看来,才是攻克机器人与人类如何共同相处难题的关键点。

  在出席一场学术会议时,菅野重樹发表的关于WENDY系统的报告和相关展示,引起了日本一家大型企业的重视。这家企业希望与菅野重樹合作研发新一款人类共生机器人,并牵头协调多家企业共同出资投入。

  从菅野重樹实验室公布的信息来看,除了部分企业至今不愿意公开名字等信息外,包括富士通、丰田中央研发实验室等企业或机构都相继成了这一项目的合作伙伴。

  历时7年多后,菅野重樹实验室研发的更高性能的人类共生机器人TWENDY-ONE亮相。菅野重樹说,这也是世界上第一台完全意义上的人类共生机器人。与WENDY相比,TWENDY-ONE有着强大的动力。

  2007年11月28日,在早稻田大学举行的发布会上,约1.47米高、有着椭圆形曲线设计的TWENDY-ONE机器人的两只前臂足以承载34公斤的重量,能协助躺在床上的人坐到轮椅上。其中的奥妙之处,就在TWENDY-ONE的一双手。

  在早稻田大学41号楼的展示室里,参观者能看到TWENDY-ONE机器人的原型机。

  TWENDY-ONE的手掌上虽然只有4根手指,但设计得与人类手指几乎一样。指尖采用了软性材料,并嵌入了有压力控制功能的指甲,同时还嵌有6维力觉传感器和分布力觉传感器,得益于此,TWENDY-ONE机器人能够做很多精细动作,包括拿起吸管、做早餐等。

  在菅野重樹看来,如果一款机器人能够做家务,那么它就同样能够被应用到公共服务中,比如当司机和服务生。

  TWENDY-ONE机器人的出现正契合已经进入老龄化社会的日本的养老和看护需求,作为菅野重樹实验室合作伙伴的很多企业都希望能让这款机器人投产。但菅野重樹说,原型机的研发费用高达数十亿日元,单是一只手的造价就高达2000万日元(约合人民币120万元)。

  尽管成本高昂,但所有合作企业或机构均能从TWENDY-ONE项目中获取一切研究成果信息。菅野重樹透露,已有牵头的匿名企业将项目成果应用到实际生产设计中,并生产出多款机器人。

  “我们认为每件物品中都有‘心’和‘灵魂’”

  在东京的大型商场里,软银机器人Pepper、Magokoroid Robot等人形机器人被摆放在显眼的位置上。但它们显得有些“孤独”,路过的顾客少很停下脚步和它们互动。即便有采购商品的需求,人们更多是找商场里的服务员。

  2015年6月,日本软银开始对外发售Pepper人形机器人,曾一度受到追捧。仅一年间,这款售价1万元人民币的机器人在全球范围内共售出了近1万台。有媒体认为,这昭示了机器人正在从科幻、科研、生产领域,逐步走入人们的生活。

  日本政府也看到了这一风口,在2015年1月对外发布了为期5年的《机器人新战略》,希望让日本这一“机器人大国”不仅能够在工业机器人市场中占据优势,而且要在新兴的服务型机器人市场占据先机,鼓励从制造业工厂生产到民众日常生活等各个领域都广泛应用机器人。

  然而,从软银机器人Pepper的应用实践来看,市场上的人形机器人与人类的交互性仍较差。甚至有批评声音认为,每月需要商家缴纳维护费用的Pepper,只不过是店里吸引孩子的“玩具”。

  除了灵活性和安全性,菅野重樹告诉《中国新闻周刊》,人形机器人真正走入人类日常生活,还需要实现可适应性。

  菅野重樹举例说,大型超市或医院往往很拥挤,机器人跟随人类同伴出行,很可能会与其他人相撞,所以机器人必须学会如何保护自己的安全。而这也是菅野重樹和他领导的实验室正在努力攻克的一个难题。

  虽然实际应用中遇到不少难题,但日本软银旗下自动驾驶公司SB Drive已经开始研发Pepper机器人的新用途,让其在无人驾驶公交车上充当向导。

  SB Drive的首席执行官佐治友基说,不久前在冲绳进行无人驾驶公交车实地道路测试中发现,如果在车上放置显示器发布实时信息,较少能吸引乘客的注意,但换上Pepper机器人来扮演这一角色,乘客获取信息的几率较高。

  “人形机器人的外形与人类相似,外观的熟悉感更能引起人们的注意。”佐治友基告诉《中国新闻周刊》。

  与欧美国家作对比时,人们会发现日本社会对人形机器人的接纳程度显然高得多。

  “Robot(机器人)”这一词语最早来源于捷克作家卡雷尔·卡佩克笔下的科幻戏剧作品《R.U.R.》里的“机器劳工”。此后,出现在欧美地区的科幻作品里的机器人,则比较多地被描述成“会对人类造成伤害”,在外形上也多为仿造生物。

  早稻田大学教授高西淳夫在前往德国、荷兰等欧洲国家进行交流时也发现,他们对人形自动机器从根本上还存在抵触情绪。

  “对方提出‘技术方面的话题大约占用一半时间,剩下一半请您给我们讲讲为什么只在日本会有这么多仿人机器人吧’。”高西淳夫曾表示,在欧洲人的意识深处,基督教文化影响根深蒂固,他们认为“造人非上帝不能为之”。

  但日本人则不同,他们有着悠久的自动机械人偶制造历史。早在17世纪的江户时代,时钟工匠竹田清房就利用发条结构制作出端茶玩偶。

  这份对机械玩偶的喜爱,也延续到了现代日本人身上。2003年4月7日,是日本漫画作家手冢治虫创作的机器人角色阿童木的“诞生日”,日本社会再度掀起了阿童木热潮,日本铁路公司JR全线火车站当天播放着阿童木动漫的主题曲。

  “在日本,我们认为每件物品中都有‘心’和‘灵魂’。我们称之为‘万事万物之神’(日语为‘八百万の神’)。”菅野重樹拿起茶盘上的茶杯说,“我能感觉到它里面有魂。”而一旦机器人有着人类或动物的外形,日本人对它们的这份感受将更加强烈。

  这份独特的感知也影响着早稻田大学机器人科学家的探索道路,加藤一郎生前就和菅野重樹开始研究机器人的“心”项目。加藤一郎认为,人类在21世纪将迎来个人机器人和“改造人”的时代。

  菅野重樹说,人工智能仅是“机器人之心”的一部分,还包括了神经网络、深度学习等,涉及生物技术、生物力学等学科的内容。拥有“心”的机器人将会拥有真实的情绪、真实的智能,这些都不是通过提前编程来实现的。

  “这一项目的研究成果将是某种生物,不再是机器吗?”针对《中国新闻周刊》的这个提问,菅野重樹很确定地回答:“这是一个梦想,是机器人发展的终极目标。”在他描绘的未来世界里,机器人和人类将是一种伙伴、朋友的关系,机器人能自我学习,也能意识到人类的重要性。

  但菅野重樹也坦言,“距离这一目标还远着呢。”

  (感谢中日韩三国合作秘书处对本文提供的帮助。)

  声明:刊用《中国新闻周刊》稿件务经书面授权

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