這是道森－哈格蒂的第一份專業(yè)工作。他剛剛獲得了碩士學(xué)位,，隨后進(jìn)入了卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的機(jī)器人研究所擔(dān)任工程師,，所以他剛開始比賽時(shí)還有一點(diǎn)緊張也情有可原。其實(shí)，我更擔(dān)心的是他的搭檔,，雖然“他”足夠可靠,，但總的說來還是缺乏人類的技巧。
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這里所說的那個(gè)“他”是一個(gè)機(jī)器人,，同那些巨大的,、我們經(jīng)常能在福特或通用汽車公司的生產(chǎn)線上見到的工業(yè)機(jī)器人相似。然而,，這些“毫無人性”的,、動(dòng)作迅猛的自動(dòng)化機(jī)械“怪獸”需要在保護(hù)罩里運(yùn)行，以保證人們處于安全距離以外,。與那些機(jī)器人不同,，這個(gè)4米高，具有一個(gè)機(jī)械臂,、名為“噴火”（Spitfire）的焊接機(jī)器人經(jīng)過我們的改進(jìn),，配備了一部可以充當(dāng)“眼睛”的激光器，能同人類并肩工作,。此外,，在工作中并不是由道森－哈格蒂下達(dá)命令，這個(gè)“兩人”小組的合作更像是以另一種方式進(jìn)行：首先,，根據(jù)誰(shuí)能更有效地完成某項(xiàng)任務(wù),，道森－哈格蒂和“噴火”會(huì)將那些頗具難度的定位和焊接工作進(jìn)行分配，并由機(jī)器人來指揮工序的進(jìn)行,。其中,，做出決定的往往是機(jī)器人，而非人類,。
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經(jīng)過如此的分工合作,，道森－哈格蒂和他的機(jī)器人搭檔花費(fèi)了10個(gè)小時(shí)和1 150美元（包括原材料和人工費(fèi)用）來焊接出這個(gè)框架；而作為對(duì)照組,，我們雇的焊接專家完成同樣的工作花費(fèi)了89個(gè)小時(shí)不說,，還收了我們7 075美元！
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: J6 u# D Q% A0 F* q人類若能同機(jī)器人合作（或反之）,，所帶來的潛在經(jīng)濟(jì)效益將是巨大的,。工廠將不再需要耗時(shí)耗力地設(shè)置那些繁瑣的組裝線，可節(jié)省數(shù)十億美元的設(shè)備安裝費(fèi)用,。對(duì)暢銷產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)也不是什么問題：人類與機(jī)器人合作組,，能為客戶設(shè)計(jì)、制造從電子設(shè)備到飛機(jī)的任何定制產(chǎn)品,，而不需要進(jìn)行昂貴的設(shè)備革新,。這項(xiàng)技術(shù)將能讓制造企業(yè)迅速對(duì)用戶需求作出響應(yīng),，產(chǎn)品的更新周期將以數(shù)周，而不是數(shù)年來計(jì)算,，工人們也能從多變的工作挑戰(zhàn)中獲得回報(bào),。由于以上種種以及其他更多原因，我們需要認(rèn)識(shí)到：最終由機(jī)器人來領(lǐng)導(dǎo)工作團(tuán)隊(duì),，而非僅僅從事生產(chǎn),，效率可能會(huì)更高。
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5 M. ^0 h& }( g5 Q安全的合作
: ? O2 e4 ]$ K" G* c) |4 W6 E有一個(gè)問題總能引發(fā)很多的討論——究竟什么才是“機(jī)器人”,？在機(jī)器人研究領(lǐng)域,，對(duì)它的定義是能夠自動(dòng)感知、思考和行事的機(jī)器,。這其實(shí)并不完全準(zhǔn)確,，你家空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)器就能做到這三點(diǎn)，你卻不會(huì)認(rèn)為你的房子是一個(gè)機(jī)器人,。兩者的區(qū)別在于,，溫度調(diào)節(jié)器只是房子中的一個(gè)小部件。只有當(dāng)“機(jī)器人自動(dòng)化”體現(xiàn)于某一物體的核心功能的時(shí)候,，該物體本身才能被認(rèn)為是一個(gè)機(jī)器人,。比方說一輛自動(dòng)駕駛汽車，如果它能用傳感器和人工智能來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛時(shí)（汽車的基本功能）,，它就變成了一個(gè)機(jī)器人,。
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& n( X% g1 I7 X6 s: u* `過去半個(gè)多世紀(jì)里，制造企業(yè)已經(jīng)在通過使用工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,，來提高生產(chǎn)效率，并且它們工作得很出色,。雖然機(jī)器人一直被用作執(zhí)行特定的重復(fù)性操作（例如為生產(chǎn)線上的每輛汽車焊接一組特定的接口）,，但是人類已經(jīng)對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行了精心的安排和設(shè)置，來充分利用機(jī)器人強(qiáng)大的力量和高度的精確性,�,？偛课挥谌鹗刻K黎世的ABB公司的顧純?cè)┦空f：“利用先進(jìn)的機(jī)器人，制造企業(yè)能夠大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量和工業(yè)生產(chǎn)率,，同時(shí)也能提高能源效率,，幫助中國(guó)等國(guó)家實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)�,！�
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這種模式在生產(chǎn)汽車這類大批量制造的產(chǎn)品時(shí)很有效,。比如ABB公司最近就宣布，將為位于中國(guó)重慶的長(zhǎng)安福特公司的新工廠,，提供整條白車身機(jī)器人焊裝生產(chǎn)線（白車身是指完成焊接但未涂裝之前的車身）,，這條生產(chǎn)線不僅可以支持不同車型的生產(chǎn),，還能讓長(zhǎng)安福特的生產(chǎn)效率提高15%。然而,，隨著個(gè)性化或定制生產(chǎn)需求的增加,，制造企業(yè)要越來越多地根據(jù)用戶需求制造小批量產(chǎn)品，而用于設(shè)定制造工序（例如焊接或加工）所需的時(shí)間就成了一個(gè)主要瓶頸,。讓機(jī)器人從事特定工作需要的準(zhǔn)備時(shí)間太長(zhǎng),，有時(shí)得好幾個(gè)月。其間人們必須安排焊接順序,，重新組裝部件,，為機(jī)器人編寫程序，準(zhǔn)備庫(kù)存材料,，以及優(yōu)化焊接參數(shù),。
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0 B" F2 W1 N: W F; \5 c- b; S8 q充滿活力的“二人”組：合理的分工會(huì)促進(jìn)效率。照片中,，靈巧的人類（卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的工程師邁克爾·道森-哈格蒂）正在將一塊鋼條放置到位（左）,，好讓機(jī)器人進(jìn)行精確焊接（右）。
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道森－哈格蒂這樣的人類同工業(yè)機(jī)器人的合作,，能夠極大縮減重新設(shè)置工序所需的時(shí)間,。以前，程序員使用特殊的代碼來告訴機(jī)器人如何運(yùn)作�,，F(xiàn)在,，一個(gè)產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer-aided design，CAD）文件,，就是設(shè)置一條智能生產(chǎn)線的全部所需,，計(jì)算程序隨后會(huì)將文件中的設(shè)計(jì)翻譯成機(jī)器人的任務(wù)清單。
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* i% v8 q7 W5 \1 K! V# ]然而,，設(shè)計(jì)生產(chǎn)線并不是唯一的挑戰(zhàn),。機(jī)器人和人類曾有過糟糕的合作經(jīng)歷：工業(yè)機(jī)器人不停地從這兒移動(dòng)到那兒，而且根據(jù)其“本性”,，它們不達(dá)目的不罷休,，無論是否有人類擋在前面。制造企業(yè)為它們的機(jī)器人編程,，讓它們一遍又一遍地重復(fù)同樣的工作,，直到某個(gè)部件損壞為止。如果有障礙物阻擋了它的移動(dòng),，工業(yè)機(jī)器人就會(huì)進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)并自動(dòng)關(guān)機(jī),。這種情況雖然比碾過什么人要好些，但對(duì)生產(chǎn)沒什么好處,。想象一下,，如果人類和這些“同事”只是在彼此互相過于接近時(shí)暫停一下,，就可以少耽誤多少工作？
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下一代工業(yè)機(jī)器人將得到本質(zhì)上的改變,，可以足夠安全地在人類周圍工作,。如果一部機(jī)器人不慎撞到了人，其撞擊力應(yīng)該不是致命的,，或者壓根就不足以帶來危險(xiǎn),。機(jī)器人將了解廠房里人類所處的位置，并且它們應(yīng)該能夠運(yùn)用聲音,、姿勢(shì),、“面部表情”、文字,、圖形等手段,，同它們的人類同事交流。
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機(jī)器人生產(chǎn)商已經(jīng)在生產(chǎn)符合現(xiàn)代制造業(yè)勞動(dòng)力需求的機(jī)器人了,。比如,，ABB公司研制了具有兩個(gè)機(jī)械臂的“弗里達(dá)”機(jī)器人（Frida），可以安全地在人類周圍工作,。與此同時(shí),，總部位于美國(guó)波士頓、由iRobot公司創(chuàng)始人之一羅德尼·布魯克斯（Rodney Brooks）建立的“新思維機(jī)器人公司”,，研發(fā)出了“巴克斯特”機(jī)器人,。它不僅具有兩個(gè)機(jī)械臂，還裝備有一個(gè)傳感器陣列,，所以對(duì)它編程要比前幾代機(jī)器人都容易,。
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8 E6 a4 {+ J" C! E' X5 _利用簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)算法和圖像處理，操控員就能人工引導(dǎo)這部機(jī)器人做一系列動(dòng)作,，來實(shí)現(xiàn)對(duì)“巴克斯特”的編程,，然后它將重復(fù)這些動(dòng)作。例如,，如果一個(gè)人為“巴克斯特”演示，如何從運(yùn)行的傳送帶上撿起部件,，“巴克斯特”就會(huì)改寫相應(yīng)程序,，來學(xué)習(xí)做出同樣的動(dòng)作，即便是部件出現(xiàn)在傳送帶上的時(shí)間和位置都不固定的情況下也能如此,。
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4 t L) A3 J: J1 j位于美國(guó)加利福尼亞州門洛帕克市的Willow Garage公司,，已經(jīng)研制出了一部名為PR2的移動(dòng)展示機(jī)器人，擁有兩條“胳膊”,、一個(gè)“腦袋”和一個(gè)傳感器陣列,。與“弗里達(dá)”和“巴克斯特”類似,，這家公司設(shè)計(jì)PR2的初衷，就是用來安全地同人類并肩工作,。在卡內(nèi)基·梅隆大學(xué),，我們還讓PR2機(jī)器人做“服務(wù)生”，在嘈雜混亂的環(huán)境中為客人們提供飲料和點(diǎn)心,。
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+ Z8 W" `9 }* r) |4 F分工合作
* J$ w' C$ r4 t“噴火”不僅能向人類學(xué)習(xí),，它還足夠聰明，能指導(dǎo)人類工作,�,！皣娀稹睍�(huì)將一個(gè)大工程分割成小步驟，并客觀地根據(jù)“誰(shuí)”（機(jī)器人或人類）能更快地完成,，來分配這些任務(wù),，而不會(huì)主觀地優(yōu)先考慮某一方。
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道森－哈格蒂和“噴火”的車架焊接工作,，始于從車框架的CAD文件中提取“物料清單”,。基于這份清單,，機(jī)器人中的計(jì)算機(jī)自動(dòng)安排從供應(yīng)商處訂購(gòu)哪些部件,，及如何將標(biāo)準(zhǔn)尺寸的鋼管切割到精確的長(zhǎng)度。隨后,，計(jì)算機(jī)會(huì)計(jì)劃最佳的焊接工序,，并給出部件的最佳固定方式，來讓它們?cè)诤附舆^程中保持穩(wěn)定,。
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. u/ b( C( u- R7 Z我們還為“噴火”裝備了一部小型投影儀,，讓它能夠直接將圖像和文字投射到框架上。這些圖像增強(qiáng)了實(shí)體的表現(xiàn)性,，機(jī)器人能用它一步一步地引導(dǎo)道森－哈格蒂,，來設(shè)置復(fù)雜的制造進(jìn)程，包括車間里部件和裝置的配送,，以及焊接工序等,。道森－哈格蒂將所有的材料部件都放置到位——從事這些通常被認(rèn)為是“苦力”的工作，人類其實(shí)是更好的選擇,。因?yàn)檫@些相對(duì)較輕的部件形狀多變,，人類的手很容易握住它們。
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% A; @& ^/ n7 o5 ]“噴火”還能使用激光位移傳感器來精確感知三維工作空間,，并檢查確認(rèn)所有部件都被正確地放置,。利用投影儀和傳感器，它能用光在車框架上標(biāo)注出精確的位置,，并在焊接裝配過程中指引人類工作,。
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這個(gè)焊接小組將需要焊接的部件安排好之后,，“噴火”就接手進(jìn)行快速的焊接工作�,！皣娀稹辈粌H僅是一個(gè)動(dòng)作極快的焊接工——完成一個(gè)5厘米的焊接只需5秒鐘,，它的焊接技術(shù)也是超一流的。通常,，在開始每一項(xiàng)焊接工作之前,，專業(yè)焊接工要調(diào)整約20項(xiàng)重要的焊接參數(shù)，例如電壓,、焊接速度,、焊條的補(bǔ)料速率等。在實(shí)驗(yàn)中,，我們引導(dǎo)“噴火”來設(shè)置試焊接工作,，其間它可以獨(dú)立運(yùn)行，來對(duì)所有這些變量進(jìn)行最優(yōu)化,。隨著這些試焊接的進(jìn)行,，“噴火”會(huì)測(cè)試這些試焊接的效果，并調(diào)節(jié)自身的設(shè)置來進(jìn)行改進(jìn),�,？梢哉f，這部機(jī)器人通過自學(xué)而成為了一名專業(yè)的焊接工,。
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考慮到車框架需要400個(gè)焊點(diǎn),，“噴火”的高速和高質(zhì)量的焊接能力是巨大的優(yōu)勢(shì)。但是,，“噴火”還不完美,。在某些情況下，這部機(jī)器人無法完成一些特定的焊點(diǎn),，所以它會(huì)指引道森－哈格蒂過來幫忙,，完成一些棘手的工作。
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) J I' E1 C8 P1 l+ W前途光明
# ?$ ]0 J- J) ^$ {雖然現(xiàn)在還很難準(zhǔn)確預(yù)言,，多久以后人類與機(jī)器人合作組才能首次在工廠中閃亮登場(chǎng)——制造企業(yè)在引進(jìn)新技術(shù)時(shí)往往拖拖拉拉,，但是由于智能自動(dòng)化的明顯優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該能夠促使它們?cè)谖磥?年內(nèi)接受這種協(xié)作系統(tǒng),。自1952年庫(kù)爾特·馮尼古特（Kurt Vonegut）在其小說《自動(dòng)鋼琴》中提到“黑燈”生產(chǎn)（自動(dòng)工廠完成全部工作,，不需要人類參與，也就不需要燈光照明）以來,，我們眼中的先進(jìn)生產(chǎn)已經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段發(fā)展過程,。小說中,，隨著故事的進(jìn)行,，自動(dòng)化讓人類勞動(dòng)力成為過時(shí)產(chǎn)品,，但同時(shí)，也讓人類因自身毫無意義的生活而心生怨恨,。這是一條無法接受的 （也是不必要的）道路,。
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相比之下，更好的一條發(fā)展道路是,，機(jī)器人和人類緊密合作,，并根據(jù)二者的能力來對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。我們希望,，人類也能在深度參與生產(chǎn)制造的過程中得到快樂,，即便時(shí)不時(shí)地讓機(jī)器人發(fā)號(hào)施令也無妨。
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# Y; ^( [1 X$ y4 N（撰文 戴維·伯恩（David Bourne））
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本文來自《環(huán)球科學(xué)》2013年第6期,，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處
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