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圖片來源：德國漢諾威大學。
目前，機器人依然無法做到一些事情，其中之一就是它們無法感覺疼痛。正是因為這個原因，我們可以把機器人放到一些危險環境下工作，或者讓它們去做一些人類不愿意去做，或是對人類生命有威脅的工作。不過，兩名來自德國漢諾威大學的德國研究人員相信，在某些情況下，感覺疼痛并對疼痛有所反應，對機器人而言也許是個不錯的能力。
這兩個研究人員開發了一套“人工機器人神經系統”，能夠教機器人去感覺疼痛，同時為了避免對他們的電機、齒輪或是電子元件產生損壞，這些機器人需要對疼痛快速做出反應。上周，在瑞典首都斯德哥爾摩舉辦的IEEE機器人與自動化國際會議（IRA）上，他們展示了這個項目。
為什么讓機器人感覺疼痛是個好想法呢？在研究員Johannes Kuehn來看，這個問題的答案其實和“為什么讓人類感覺疼痛是個好想法”的答案是一樣的。“疼痛，是一個保護我們的系統，”他說道，“當我們避開疼痛源，就能幫助我們不受傷害。”那些無法感受到疼痛的人，往往更容易受傷，因為他們的身體對受到的傷害無法及時做出本能反應。
Kuehn是和Sami Haddadin教授一起開發該項目的。Sami Haddadin教授是世界上最著名的物理人機交互和安全專家之一。Kuehn表示，通過保護機器人免受損害，他們的系統也可以保護人類。我們知道，機器人的數量在不斷增長，在很多情況下，它們會和人類工人近距離工作，一些無法監測到的機器人設備損壞，可能會導致生產事故，并給人類工人安全帶來威脅。Kuehn和Haddadin推斷，如果我們人類的生物機制能夠如此有效地感受、回應疼痛，為什么不設計一個能夠模擬疼痛生物機制的仿生機器人控制器呢？這種控制器可以反射性地反應疼痛，繼而在有潛在危險的交互中保護機器人。
實際上，這種機器人反射控制器的想法并不是新概念。大約在五年前，Torsten Kroeger和他在斯坦福大學及羅馬大學的同事La Sapienza就一起開發了類似的控制器，幫助機器人手臂避免和人類發生碰撞。
圖片來源：視頻截圖
你可以點擊鏈接觀看這個視頻，其中可以看到，控制器能讓機器人避免和人類發生碰撞，不過這些設備的設計初衷都是防止機器人碰到人類，但是卻完全沒有考慮機器人自身的安全（除了一些附產品）。事實上，設計一個能夠感覺疼痛、并對疼痛產生反應的人工智能機器人神經系統是完全不同的事情，它需要基于人類如何應對疼痛觸感，正如Kuehn和Haddadin在他們ICRA論文中所寫道的：
機器人需要有能力檢測、區分一些無法預知的物理狀態和擾動，對于那些可能對自己產生潛在傷害的情況，機器人需要進行評級，并采取適當的對策，也就是反射。為了實現這個目標需求，人類原型成為了我們的靈感，這意味著，人類對疼痛的反射動作將會用于設計機器人疼痛感覺模型和反應控制。基于對人類疼痛研究的理解，我們專注于將機器人的疼痛感覺“范化”，作為對觸感的一種解釋。
圖片來源：視頻截圖
點擊鏈接觀看這段視頻，其中展示了一個在Kuka手臂上的控制器原型是如何運行的，這個控制器搭載了一個“生物觸覺指尖傳感器”，它可以感受壓力和溫度。筆者似乎能感受到一個機器人發出“噢，好疼！”的叫聲，而且隨著疼痛感越來越強烈，它的叫聲每次也會越來越高：
這個機器人觸覺系統使用了一個“受到人類皮膚結構啟發的神經機器人組織模型”，該模型可以決定在某一量級的受力時，機器人應該感受多少疼痛。就像人類神經元，當受力超過一定的臨界值，這個模型會將重復傳遞疼痛信息峰值，此時疼痛控制器會根據疼痛信息分類做出反應，疼痛分類包括輕度、中度、以及重度疼痛。
在【輕度】疼痛級別，這種接觸發生時可能會傷到機器人，或者，當機器人在執行任務時要預防這種疼痛出現。機器人“感到”不舒服，應該平穩地縮回操作，直到接觸結束。強烈碰撞屬于【中度】疼痛級別。機器人“感覺”中度疼痛，應該快速縮回操作，遠離疼痛源，直到接觸結束。之后，機器人可以選擇退回，終止操作。【重度】疼痛級別包含了所有可能對機器人產生損害的接觸，此時的機器人可能需要“求助”才能避免疼痛。為了防止這種損害造成更大傷害，機器人要切換到有額外阻尼的重力補償，以此耗散疼痛，通過其嚴格的被動行為，改善機器人安全性和機器人的使用環境。
在生物感知和控制方面，Kuehn和Haddadin的論文首次探討了基于疼痛的機器人反射控制器，盡管這種情況聽上去似乎充滿了災難感，但該技術卻能讓絕大多數機器人從中受益，不僅能夠提升機器人自主性，而且還能確保機器人和人類工人協同工作時的安全性。當然，確保機器人不會傷害人類才是重中之重，但如果我們想要讓機器人安全地在我們人類身邊出現，首先要讓機器人能確保自己不受傷害。
VIA IEEE Spectrum
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