大衛(wèi)·漢森（David Hanson）做了一些其他機器人制造者不愿做的事。他創(chuàng)造的機器人能夠模仿真人面部表情和面部動作。這聽上去可能并不是一個新奇的想法，但事實上它的確如此。 　　 絕大多數(shù)機器人，雖具有人工智能，可以完成一些類似人類的動作，但是它們的面部表情仍然很呆板。原因之一是，在機器人制造領(lǐng)域，人們普遍認為機器人只是對人的面部表情的模仿?！拔彝耆毁澩@一觀點，我們被逼真的表情和手勢所吸引，”大衛(wèi)-漢森機器人公司總裁漢森表示。 　　 另一個原因是如何解決制造人工智能驅(qū)動運動控制系統(tǒng)的重大技術(shù)難題，這個系統(tǒng)基于語音和機器視覺輸入，能可靠地模擬真人面部的48個主要肌肉群?！皺C器人不只是要會表達，更要學(xué)會在恰當(dāng)?shù)臅r間作出恰當(dāng)表達，”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。 　　 漢森之前在羅德島設(shè)計學(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)以千計的細微、可信的面部表情?！拔覀冎泻芏嗳丝桃獗苊鈱C器人制造的太像真人，但大衛(wèi)卻與眾不同，因為他太專注于研究人類面部細節(jié)，”麻省理工學(xué)院（MIT）計算機科學(xué)與人工智能實驗室研究員，亞倫·艾德辛格（Aaron Edsinger）如是說。他也是這類機器人的合作制造者之一。 　　 從工程學(xué)的角度看，漢森的機器人是對如何創(chuàng)造低功耗、緊湊型運動控制系統(tǒng)的研究。以他的愛因斯坦（Einstein）機器人頭部為例，是由33個伺服馬達和關(guān)節(jié)組成，僅僅需要6V電源提供10W電力來實現(xiàn)其全部面部動作。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”無生命仿人形機器人，這種機器人通常都需要3kW的電源供電，而且還要有一個電壓范圍，另外還需要氣流系統(tǒng)或流壓流體存儲器?！霸趷垡蛩固贡砬闄C器人制造之前，具有復(fù)雜表情表現(xiàn)能力的機器人都需要輔助系統(tǒng)，”他說。 [ALIGN=CENTER] 菲利浦·狄克機器人真的很像已故科幻小說家，就連聲音都像。機器人人工智能的個性與他的作品主題相吻合，還有視覺系統(tǒng)和語音識別系統(tǒng)，這保證了機器人可以模仿人類的交談行為——包括人員識別能力，表情觀察，以及進行簡單的對話。[/ALIGN] 同時，如果仿人機器人被納入漢森稱之的“機器人革命”，自我包容就關(guān)系到很多的事情。機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，國際機器人聯(lián)合會公布的2006年世界機器人研究報告中預(yù)測，新型家用機器人，包括吸塵器機器人和剪草機器人的數(shù)量在2009年將達390萬臺。研究還表示，到2009年將有160萬臺新娛樂休閑機器人進入家庭。 [align=center] 漢森的最知名智能機器人之一是愛因斯坦的頭部，這里放在一個雙足機器人身體上進行展示，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器人。到目前為止，他已經(jīng)將幾臺這類價格昂貴的定制機器人成功銷售給了博物館、娛樂場所、科研實驗室，其中一些價值超過13萬美元。例如，美國宇航局噴氣推進實驗室（NASA‘s Jet Propulsion Lab），就購買了這樣一臺機器人。庫珀-休伊特博物館（Cooper-Hewitt Museum），去年12月也安裝了一臺新版本的愛因斯坦機器人，將其作為美國國家設(shè)計三年展（National Design Triennial）的一部分。但是，在未來幾個月，漢森將致力于把這種雙足機器人推向消費市場。 　　 與日本著名機器人制造者高橋智?。═omotaka Takahashi）合作，這些新的RoboKind機器人將會有14英寸高，其中機器人身體部分由高橋設(shè)計，而頭部則由漢森設(shè)計。這些卡通型機器人不僅可以到處走動，而且還具有豐富的面部表情?！半p足機器人在日本并不罕見，有些機器人還能參加足球賽，”漢森說，“但我們的新型機器人將是唯一具有復(fù)雜面部表情的機器人?！睗h森稱限量版新型機器人售價大約為1萬美元，同時標(biāo)準(zhǔn)模型成本大約3000美元，另將還會有一個簡化版、價值300美元的模型。 　　 所有漢森機器人，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·狄克機器人甚至由于其人工智能而獲得了美國協(xié)會的獎勵。 [align=center] 漢森將很快推出一種新的、消費者關(guān)注的機器人，這種機器人是與日本的 RoboGarage 公司一起開發(fā)的。價格約在3000～10000 美元之間，機器人是一個具有14 英寸高的雙足機器人，具有豐富的面部表情。漢森還計劃推出面部表情動作較少的約300 美元的機器人。這里是漢森早期繪制人物概念草圖之一。[/align] 漢森在機械上的創(chuàng)新給那些需要設(shè)計緊湊、高效率運動系統(tǒng)的工程師們提供了一個借鑒。“如果想要把機器人融入到我們生活中，降低機器人能耗就顯得非常重要，”漢森表示，“可惜，在現(xiàn)有驅(qū)動技術(shù)水平上，降低能耗還沒有更多簡便方法。”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，其機械性能影響著每一個機器人全部運動控制系統(tǒng)的設(shè)計。 　　 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——在相對小的氣泡與相對大的氣泡之間。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] 愛因斯坦機器人頭部充滿電線和 馬達。漢森在1 年半前開始研制 第一代愛因斯坦機器人模型，但 從那時起，他已經(jīng)簡化了機器人 頭部33個侍服馬達的布局，以便 每一個馬達都能夠由一個抽取式 面板進行控制。[/align] [align=center] 漢森機器人面部采用剛硬頭骨底層，這 不僅能將全部馬達包括進去，還為頭部 內(nèi)關(guān)節(jié)提供定位點，以便驅(qū)動機器人的 彈性體皮膚。[/align] 這種內(nèi)有空氣的材料運動時有一點像“人的臉部組織，”漢森說，它不需太大力量就可移動。泡沫型彈性體僅擁有相同體積實體彈性體質(zhì)量的30%?！八阅憔蜁⒖滔Ｍ古菽蛷椥泽w發(fā)生變形只需實體彈性體變形能耗的30%，”漢森說，但實際上它發(fā)生變形所需的能量更少，即不到30%。 　　 通過顯微鏡觀察，當(dāng)彈性體材料拉長時，該材料會呈現(xiàn)出手風(fēng)琴狀氣囊結(jié)構(gòu)。漢森說在相等拉長下，典型Frubber所需力量是實體所需力量的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)，其伸長率可能達到900%，盡管該材料的彈性體氣囊壁可能在開始時就損壞了450%。 [align=center] 目前還沒有能夠?qū)埩?、速度和能量密度?lián)系在一起來真實模仿人類肌肉的驅(qū)動 技術(shù)馬達。在更好的驅(qū)動器出現(xiàn)之前，漢森已經(jīng)找到使馬達可以運轉(zhuǎn)的辦法。[/align] Frubber僅需要極小的力就能產(chǎn)生形變的特點對于運動系統(tǒng)的其他部位有非常重要的好處?！白冃瘟υ缴?，需要的馬達和聯(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只需要一點點力就可以，用一種泡沫硅彈性體做機器人皮膚。 作為回報，低驅(qū)動力使?jié)h森可采用小馬達并保持所需動力最小。[/align] 美國宇航局噴氣推進實驗室資深研究科學(xué)家、先進技術(shù)研究組負責(zé)人約瑟夫·巴科恩（Yoseph Bar-Cohen）博士對此也有相同的看法。巴科恩是人造肌肉研究方面的開拓者，他在噴氣推進實驗室的非破壞性評估與推進加速器（NDEAA）上安裝了一個漢森機器人頭。 　　 這些例子顯示出了活動中的類人機器人原型。聚合體創(chuàng)新使得皮膚擁有更好的收縮和聚束情形，同時消耗非常少的電量，采用電池就可使輕量級機器人行走。 　　 大衛(wèi)·漢森的視頻禮貌 　　 巴科恩計劃以機器人頭為平臺開發(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。“大衛(wèi)的機器人需要很少的驅(qū)動力和電能，這樣機器人很完美，”他說?！叭绻f存在針對機器人的人造肌肉的合適測試平臺，那這種機器人就是一個合適平臺?！卑涂贫髡f，雖然他又補充表示，“要真正利用電活性聚合物來驅(qū)動機器人，還有一些工作要做?！? 　　 驅(qū)動 　　 即使采用Frubber有助于減少機器人的驅(qū)動力，漢森仍堅持開發(fā)出針對每個機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)動器，這種人工智能軟件是基于語音識別、機器視覺，甚至面部識別的軟件。“我認為面部表情是一個四維雕塑，”漢森說。 　　 在那時維數(shù)可能無變化。為什么其他機器人制造者必須考慮在零點幾秒鐘內(nèi)關(guān)閉控制系統(tǒng)？其實，漢森是在不同速度下關(guān)閉不同回路，這取決于機器人的任務(wù)?！皩τ谌四樧R別任務(wù)，機器人可能需略加思考，也許需要一秒鐘，并不會看上去不自然，”他說。然而為了保持眼睛接觸，達到象人一樣的速度，控制系統(tǒng)要在20～30ms內(nèi)關(guān)閉。“這大大快于反應(yīng)時間”，他說。 　　 為了驅(qū)動這些機器人，漢森采用了小型伺服馬達——而且相當(dāng)多。現(xiàn)在版本的愛因斯坦機器人有33個不同的伺服馬達，約有一半的伺服馬達可以模仿臉部肌肉雙向移動。他采用的馬達具有256增量反饋?！半m然沒有納米級精度，”漢森說?！斑@種方案的33個馬達能提供‘無數(shù)種運動可能’“他補充說。漢森通常從HiTec購買現(xiàn)貨馬達?！斑@些馬達并不是最便宜的，但都有一個很好的性價比;他說，“你可以在任何專賣店內(nèi)購買到這種馬達。 　　 為了控制機器人頭所有運動，漢森自創(chuàng)了基于PIC的控制器。綜合來自機器人視覺系統(tǒng)和語音識別系統(tǒng)的信息后，控制器發(fā)出伺服控制指令。語音識別系統(tǒng)在一個筆記本電腦上操作，并與機器人無線連接。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器人是如何與一群人交流的。機器人可能轉(zhuǎn)動頭部或盯著人群中的說話者，甚至看上去似乎要與那個說話者交談。在這樣情形下，機器人控制器綜合兩個數(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。而語音識別系統(tǒng)的立體聲話筒，讓機器人“聽”到聲音發(fā)出的方向-——更確切說，漢森監(jiān)控立體聲信號中的相位差。 　　 識別出說話者只是例子之一。適時地將所有感官數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成幾千種恰當(dāng)?shù)谋砬?，需要幾千條規(guī)則，運算法則，甚至于依賴一個靜態(tài)表達數(shù)據(jù)庫。同時，漢森指出類似人的表情具有多重自由度。例如，機器人能夠同時抬高眉毛和張開嘴來表達“驚訝”。創(chuàng)造出所有控制產(chǎn)生表情的規(guī)則同時依賴于“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的威力并且能將它們安裝在機器人頭骨內(nèi)，漢森不認為傳統(tǒng)電機是驅(qū)動機器人面部運動的理想選擇。事實上，他必須構(gòu)造一個環(huán)形結(jié)構(gòu)去近似模擬真實臉部肌肉運動?！榜R達具有人類肌肉所沒有的慣性和振動行為，”他說。漢森通過聯(lián)結(jié)設(shè)計已經(jīng)成功地克服了這些困難。他經(jīng)常會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。但其他時候，他用辮狀尼龍電纜將馬達連接在機器人臉部區(qū)域。 　　 不斷地尋找馬達的替代品，漢森密切關(guān)注人造肌肉技術(shù)。最近，他一直在評估壓電驅(qū)動技術(shù)，這個項目已經(jīng)得到國家科學(xué)基金會資助。但他表示，相對于現(xiàn)實使用的機器人來說，700美元的驅(qū)動器仍然太貴。對于未來機器人驅(qū)動器，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皮膚里時，將消除繁雜的機械機構(gòu)”他說。