假肢機器人

操控假肢機器人的頭盔

科大寶寶

    春晚的機器人街舞表演，想必給大家留下了深刻的印象，小小的機器人閃轉(zhuǎn)騰挪，身手不凡，除了左右搖擺之外，還會翻跟頭，是不是讓你覺得很神奇？在山東科技大學機器人研究中心也有這樣一些機器人，有能說會跳的迎賓機器人，有聽人話的活的動物機器人，還有假肢機器人，無不讓人拍手稱奇。9月7日，記者來到研究中心，替大家一探這高科技玩意兒的究竟。

    為迎賓而生的科大寶寶

    將近兩米高的個頭，藍色的外衣，大大的眼睛，扁平橢圓的腦殼，上面還裝了個天線，外形非?？蓯?，這可不是動畫片里的“天線寶寶”，這是實實在在的機器人“科大寶寶”。“這不新學期剛開始嘛，我們要讓科大寶寶去迎新，現(xiàn)在我們正在給它做調(diào)試。”實驗室的孫同學告訴記者。

    記者了解到，科大寶寶是研究中心制作出來的迎賓機器人，2011年開始研究制作，前后共花了一年左右的時間，科大寶寶的頭部和腹部裝有顯示屏，顯示的是一張方形大臉，安靜的時候，顯示屏上面的兩只眼睛瞪得圓圓的，邊緣還有睫毛。據(jù)孫同學介紹，顯示屏上方安裝有一個用來識別人臉的攝像頭，腦袋兩邊鼓鼓的耳朵是機器人“說話”的揚聲器。胳膊上有兩處關(guān)節(jié)，和人的手臂差不多，可以做好多動作。

    研究人員告訴記者：“攝像頭具有人臉識別功能，它會牢牢記住你的臉。如果將一個人的照片預先存儲到機器人系統(tǒng)中，當機器人看到你的時候，攝像頭會捕捉你的圖像，然后作出判斷，識別出站在它面前的是誰，進而作出針對性的回應(yīng)。機器人胳膊里面裝著電機，能彎曲，腰部也裝有電機，這樣它就會扭腰了。”

    隨后，研究人員開始演示如何與科大寶寶進行互動。只見研究人員對它說“你好”，科大寶寶就回應(yīng)說“你好”，研究人員說“做個自我介紹”，科大寶寶就非常有禮貌地做了一番自我介紹，最后還唱起了《我的未來不是夢》，而且邊唱邊跳，又伸胳膊又扭腰，像是在做廣播體操。在說話的時候，科大寶寶還會擠眉弄眼，不時做出可愛表情，在回答提問時還會不時蹦出個流行詞“必須的”。

    研究人員說，科大寶寶屬于智能機器人，還會表演口技、朗誦詩歌，如果有人站在它面前，它還可以給對方拍照留念。不過研究人員告訴記者，科大寶寶雖然已經(jīng)具備了一些功能，但是實用性還差一些，比如它只能由外接電源提供動力，這樣在沒有電源插頭的地方，它就不能工作。所以說，這款迎賓機器人離著投入市場還有一段距離，市場價格尚無從談起。“價格沒法說，但是它的成本是確定的，目前科大寶寶的軟、硬件成本，加起來在20萬左右。”

    活的動物也能成為“機器人”

    你可曾想過，活蹦亂跳的動物也會像機器人一樣，聽人的話？在動物機器人實驗室，研究人員給記者觀看了動物機器人的演示實驗，這些動物可都是真的。

    只見在一個圓形盒子里 ，有一只老鼠，它的頭部“粘”有一些線，線的另一端接在一臺電腦上。打開電腦上的控制軟件，操作界面有不同指令的按鈕。用鼠標點擊按鈕，記者就看到了神奇的一幕。只見點擊“右拐”按鈕，本來在盒子里無規(guī)則活動的老鼠，開始不斷地右轉(zhuǎn)，之后點擊“左轉(zhuǎn)”，就見這只老鼠開始不停地左轉(zhuǎn)。隨后，鴿子機器人登場，與老鼠的有線控制不同，鴿子是無線控制的，研究人員操作儀器，鴿子就開始走方格。

    研究人員解釋說，動物聽人控制，是通過外部施加電流，刺激動物腦部實現(xiàn)的。因為動物的腦部分為不同的區(qū)域，各個腦區(qū)的功能是不一樣的，比如有的腦區(qū)與動物恐懼、害怕的情緒有關(guān)，如果電擊該腦區(qū)，動物就會因為恐懼想躲避，所以會向前移動?？刂苿游镒蠊铡⒂夜?，道理和控制其前進是一樣的。

    “利用電流對動物的腦區(qū)施加影響，主要有兩個難點，一個是了解動物腦區(qū)的不同功能劃分，刺激哪個區(qū)域會有哪樣的反應(yīng)，這個必須弄清楚，還有一個是動物頂部裝置的安裝問題。”研究人員說，在給鴿子安裝控制器的時候，將鴿子頭部的部分羽毛剔除，用粘合劑將控制器粘在上面，同時將微電極刺進鴿子頭部。“微電極非常細，對鴿子幾乎沒有影響，控制器接收到信號后，會發(fā)電，通過微電極刺激不同的腦區(qū)。但是這種安裝的方式并不牢靠，因為鴿子頭部被剃毛的部位會長出新毛，慢慢的控制器就被頂開了，現(xiàn)在我們研究，將控制器做小，埋入鴿子的皮下，這是我們目前的研究方向。

    對于動物機器人的應(yīng)用價值，研究人員告訴記者，由于動物機器人仍處于攻堅階段，具體的用途并不明確，這需要結(jié)合不同動物的特性，“以鴿子為例，它們可以深入一些人工飛行器都無法到達的地方，如果想勘探那些區(qū)域，只需要考慮在鴿子身上安裝一個小型的探測儀器。之后給鴿子下命令，只要讓它往那個方向飛，它就會一直飛下去，并不需要考慮動力等問題，也不需要考慮人工避險，這些狀況它都會自己解決，這些優(yōu)勢是常規(guī)飛行器所無法比擬的”。

    假肢機器人，眨眼就能控制它

    對它說一聲“抬手”，它就乖乖地把手抬起來。說一聲“喝水”，它就慢慢地把手中的杯子放在嘴邊，做出喝水的動作。這不是科幻，這就是樊炳輝教授研制的智能假肢機器人。

    在樊教授的實驗室，記者看到一個身穿運動服、頭戴感應(yīng)器的假人。當樊教授發(fā)出“抬手”“喝水”等指令時，假人的機械臂慢慢地伸向工作臺上樊教授激光定點的杯子，緩緩但平穩(wěn)地把杯子握起來，從胸前放到了嘴邊。這個可愛的假肢智能機器人，是樊炳輝教授研發(fā)的第二代假肢機器人。

    這款假肢智能機器人除了聽從主人“吆喝”的口令之外，還會“猜測”主人心理，主人眨巴眨巴眼睛 ，它就知道主人要自己干什么。記者在實驗室看到了一個類似于自行車手戴的頭盔，不同的是這個頭盔上安裝了一個攝像頭和精密的眨眼掃描器械，通過眼睛的特殊眨動，假肢機器人會做出伸手、抓握、喝水等動作來。

    除了以語音、眨眼睛來指控機器人之外，樊教授介紹，還可以“趾壓”和“按鍵”的方式來指揮假肢機器人?，F(xiàn)在這款假肢機器人總共可以通過4種方式來控制，滿足人們在不同場合下的要求。趾壓和按鍵的方式就是敲點樊教授發(fā)明的特殊鍵盤，讓機器人去做自己想做的動作。

    這樣的假肢機器人，力量是不是很大，如果安裝在人身上，是不是會成為蝙蝠俠一樣的人呢？這樣的問題，或許是大家最為關(guān)注的。

    “沒有那么科幻，目前主要是為了解決殘疾人士單獨生活的難題”，據(jù)樊教授介紹，目前市場上殘疾人戴的假肢靠肌肉來控制移動，但是有很多殘疾人他們的胳膊是整個從肩膀處切斷的，這樣就沒有辦法用斷肢上的肌肉來控制假肢 。樊教授研制的這個假肢智能機器人不靠斷肢肌肉控制，只要使用者嘴能說話，或者眼睛可以眨動，或者腳趾能動都可以控制智能假肢 ，即使胳膊整個被切斷了，也可以控制假肢拿東西，喝水。

    做機器人研發(fā)，幾乎沒周末

    樊炳輝教授告訴記者：“為了研發(fā)這款機器人，我三年以來就一直帶著研究生在做，不用說周末，其實只要有時間，我們都會呆在實驗室里。”

    樊炳輝教授并不是最近幾年才開始研究機器人的，早在10幾年前，他負責研發(fā)的863重大項目“大型噴漿機器人的產(chǎn)品化”獲得了2001年山東科技進步一等獎和2002年國家科技進步二等獎，但在市場化的時候只實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)，并沒有對社會做出很大貢獻，而且現(xiàn)在隨著社會的進步，噴漿機器人已經(jīng)被其他產(chǎn)品所替代，技術(shù)上已經(jīng)落后于社會的發(fā)展。樊教授認為：“就得不斷地研發(fā)，和社會的形勢結(jié)合起來。”

    在三年的研發(fā)時間里 ，樊教授還擔任著教學任務(wù)，研究生們還有學習其他課程的學業(yè)任務(wù)，他告訴記者：“只要是不上課的時間，大家?guī)缀醵荚趯嶒炇依镒鰧嶒灒銛?shù)據(jù)。”2012年的暑假，樊教授的研究生們都沒有回家休假，基本上都在實驗室里。

    智能假肢機器人問世，還只是第一步。“必須把它推向市場，才算成功。”樊教授說，“要不你就白研發(fā)了，花了那么多的心血 ，花了那么多的錢，如果沒有對人們產(chǎn)生一點貢獻，那就太遺憾了?，F(xiàn)在不能休息，還得繼續(xù)干，完善它、找企業(yè)合作、找相關(guān)批文爭取讓這個發(fā)明盡快派上用場”，樊教授說。