普通高中生在家里就能造出智能感應機器人？這并非J.K。羅琳的魔幻小說中才有的情節(jié)。

 

　　一臺電腦、一部3D打印機、一塊Arduino芯片，高中生山姆·伯格頓（SamBaumgarten）和格蘭漢姆·休斯（GrahamHughes），還沒接受過系統(tǒng)、正規(guī)的高等計算機編程和機械課程的訓練，就已經(jīng)輕松地設計、制造出帶有敏銳的觸覺反饋功能的機械手臂。

 

　　“這只機械手臂的手指是通過solidworks軟件設計分析后一鍵打印出來的，靈活程度超出我們最初的預期。”伯格頓戴著裝有彎曲傳感器的控制手套，向人們演示這只機械手臂的神奇力量。由三個雙指節(jié)手指組成的抓手，在接收手套傳感器的信號后，流暢無誤地重現(xiàn)使用者手臂所做出的自然動作。不僅如此，安裝在機械手指尖上的力傳感器還會將抓手握住物體時產(chǎn)生的觸覺，經(jīng)由芯片處理后發(fā)送到用戶所戴的手套指尖。“即便你沒有親手拿捏具體的物件，通過機械臂的觸覺傳達，你仍然能直觀地知道遠處的機械手正在以何種力道抓握對象。”在伯格頓的演示下，拿起脆弱易碎的玻璃杯，機械臂迅速調(diào)整抓握的力道。

 

　　“很難想象這只機械臂是高中生設計制造的作品，”曾在法國阿蘭德百倫機器人公司（AldebaranRobotics）研發(fā)部門任職的拜爾·尼爾（BayerNeal）在仔細觀看了伯格頓的一系列動作演示后表示。在過去，對機器人抓握力的把控是一個需要眾多工程師、科學家、工業(yè)設計師一齊努力多年才可能攻克的技術(shù)難關。如今，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的設計開發(fā)工具幫助下，兩個高中生在家里就已經(jīng)造出了感應握力的機械手臂。

 

　　日前于美國洛杉磯會展中心開幕的Solidworks2017年世界大會上，包括伯格頓和尼爾在內(nèi)的全球5000多名工程師、設計師、科技設計達人聚集一堂，用真實的作品案例相互切磋，分享和探索3D應用、工程技術(shù)和設計領域的最新信息。

 

　　實際上，“業(yè)余選手”伯格頓的故事和專業(yè)工程師尼爾的唏噓不是個別現(xiàn)象。在諸如Solidworks三維仿真設計軟件的幫助之下，憑一己之力就能定制自己想要的那款機器人已經(jīng)不是什么天方夜譚。在Solidworks世界大會上展出的擅長翻越山地的坦克型機器人、戰(zhàn)斗力爆表的鋸齒機器人、力大無窮的蜘蛛型機器人，都是由幾個人的小團隊甚至個人設計制造的。一方面，Solidworks、Catia、Delmia、3DVia等仿真軟件的開發(fā)正在努力簡化原本高精尖的工業(yè)設計開發(fā)流程；另一方面，3D打印技術(shù)與設計軟件的直接對接，讓個性化工業(yè)制造變得輕而易舉。這無疑給了更多像伯格頓這樣對機器人充滿熱情和想法的“業(yè)余選手”定制機器人的機會。

 

　　“作為人工智能的主要載體，機器人開發(fā)設計本來應該是個性化的事情，從功能到造型審美，不同人對機器人有不同需求，但因為開發(fā)制造門檻太高，所以這些需求一直被壓抑。”《機器人時代》作者、人工智能馬丁·福特（MartinFord）認為，隨著設計軟件越來越容易操作，設計軟件和3D打印機直接對接等技術(shù)革新，在不久的將來，機器人將真正進入“私人定制”時代。

 

 

　　“我們自學了一些軟件操作教程，對最新的機器人科技做了一定了解，就開始用仿真設計軟件著手研發(fā)。整個過程不是像人們一般人所想的那么困難，只要有確定的設計目標。”伯格頓坦言，他和“發(fā)小”休斯從小就對機器人充滿好奇，在過去的很多年里，因為苦于沒有簡易操作的工具和專業(yè)導師，他們能做的最多只是憧憬。直到在高中的選修課上，他們接觸到了相關的三維仿真設計軟件，這種觀念才開始發(fā)生了改變。

 

　　“我們所做的，就是根據(jù)自己腦海中的機器人設計需求，在數(shù)以百萬計的模板和素材庫中篩選出自己想要的東西嘗試組合。這類軟件會幫你按部就班地分析你的每一步設計是否可行，甚至尋找出下一步比較合理的解決方案。受到軟件所給出的分析和建議方案，你又會不斷受到啟發(fā)，想出新的點子。”通過軟件的多次模擬機械手臂動作狀態(tài)，伯格頓他們確定了芯片和感應器的力學反饋設計解決方案，在幾款設計方案之中，這種最為經(jīng)濟。“動態(tài)的模擬過程為我們省去了很多時間，試錯的成本非常低。”令伯格頓慶幸的是，最終的機械手臂呈現(xiàn)結(jié)果和仿真設計軟件預測的動態(tài)過程幾乎完全一致。

 

　　多納德·休斯頓（DonaldHutson）也是虛擬現(xiàn)實仿真設計軟件的擁躉。他憑借“鎖爪”（Lock-Jaw）斬獲了去年全美知名的機器人對抗大賽“戰(zhàn)斗機器人”（Battlebots）冠軍。這已經(jīng)是他的第三座機器人格斗冠軍獎杯了。和普通機器人設計不同，參與對抗比賽的編程智能機器人對攻擊性、耐力、感知力、靈敏度、策略分析、穩(wěn)定性的要求非常高。“在設計一款新的機器人時，通常會有五六個不同類型的機器人在我腦海中一閃而過，按照以往的方式，我要將它們?nèi)孔龀鰜聿拍艽_定哪個機器人最有勝算，但對每年都要參加比賽的人來說，這是來不及的。”利用仿真軟件，他和兩位伙伴分別將這些格斗機器人在數(shù)字世界快速建模“制造”出來，再來一場數(shù)字模擬PK大賽，篩選出綜合素質(zhì)最強的那一個。果然，頭部裝有運動的鉗子和兩個榔頭的重量級機器人“鎖爪”，在現(xiàn)實的比賽中也表現(xiàn)出強勁的戰(zhàn)斗力，獲得了16場比賽連勝。

 

　　坐在輪椅上的詹姆士（James），利用虛擬現(xiàn)實仿真設計軟件成功設計出能讓雙腿殘疾的人依靠雙手駕駛的智能電動跑車。“也許，普通人不能體會我們的這種需求，而專為殘疾人開發(fā)的交通工具種類實在有限，所以，我就依靠自己的摸索和軟件動態(tài)仿真功能，定制了這樣一款帶有編程功能的雙手駕駛跑車。”詹姆士介紹，其中的汽車外殼和操縱桿等關鍵部件均是由軟件分析后，用3D打印機噴制。“汽車的高度和車門的尺寸都是根據(jù)輪椅的高度來定制的，如果是向廠商訂貨，只做幾件樣品，不僅價格高昂，而且還需要大量時間等待?，F(xiàn)在，這一切都很方便，在家里的地下室就能做到。”詹姆士的最終目標是阿凡達那樣的浸入式機器人，幫助那些像他這樣坐在輪椅上的人像正常人一樣用“雙腿”行走。

 

　　同樣希望將機器人與人類緊密結(jié)合在一起的工程師喬納森·蒂皮特（JonathanTippett），則利用仿真軟件簡化了開發(fā)流程，建構(gòu)出一款結(jié)構(gòu)復雜、對骨骼力學要求精密的巨型可穿戴式的行走“機甲”。這是一款倚賴電子—水動力學和觸覺反饋來操縱的肢體移動機器人。坐在“機甲”上，駕駛者可能通過手臂的活動來控制整個龐然大物的運動。據(jù)說，喬納森的朋友之中有一位機場行李搬運工，因為常年搬運導致肌肉勞損，無法工作。喬納森感同身受決定研發(fā)這樣的“機甲”，希望減少搬運工的身體損傷，便設計了這款巨型機器人。“用仿真軟件設計，雖然它看上去骨骼復雜，其實繪制和建模分析都不難。”喬納森回憶說，設計和制造最難的部分并非機器人本身，而是它以什么樣的方式降低搬運工的工作強度。“雖然它的初衷仍然是以人為本，有點‘反機器人’，但它能發(fā)揮作用，我就心滿意足了。”

 

 

　　事實上，早在很多年前，當虛擬現(xiàn)實的設計制造軟件在波音、NASA等工業(yè)巨頭的研發(fā)工作室中大行其道時，就已經(jīng)有不少行業(yè)相關人士預測到了智能制造時代的到來。而機器人的“私人定制”只是其中的一個小小剖面。

 

　　“之前的工業(yè)設計軟件，不具備分析和解析功能，像AutoCAD這類軟件在平面上進行，三維尺度僅僅是通過數(shù)字標示出來，復雜的圖表旁邊加上一堆疊加的數(shù)據(jù)，如果沒有經(jīng)過多年訓練，普通人很難使用這樣的軟件進行設計。”Solidworks產(chǎn)品經(jīng)理OboeWu表示，智能制造、機器人“私定”眼下正是“天時、地利、人和”。所謂天時，就是各種參數(shù)和模型的數(shù)據(jù)庫日益完備，軟件的操作從圖紙變成了三維模型，幾乎做到了“所見即所得”。所謂的地利，就是芯片、3D打印大規(guī)模普及和成本的下降，讓個人定制設計成為了可能。所謂人和，一方面是對新設計和新技術(shù)充滿狂熱理想的年輕人不斷涌現(xiàn)；另一方面，在很多學校中，人工智能、3D建模的課程也開始慢慢推廣起來。

 

　　“在學校引入這類課程，產(chǎn)生的影響力是雙向的。”工程師、麥克阿瑟基金會“天才獎金”獲得者埃米爾·阿波-希埃爾（AmirAbo-Shaeer）在創(chuàng)立了多斯·普博樂思未來工程師學院（DosPueblosEngineeringAcademy）后，一直致力于在高中推廣虛擬現(xiàn)實的仿真設計軟件課程。而他的初衷是讓更多原本對工業(yè)設計和機械制造不那么感興趣的學生發(fā)現(xiàn)自己的潛能。“仿真設計軟件的確讓這類教學的難度降低了很多。對空間想象力、對材料和機械構(gòu)造及操作沒那么多經(jīng)驗的學生，有了可視化的工具輔助之后，很多理解和認知的障礙被無形地化解了。”希埃爾發(fā)現(xiàn)，3D動態(tài)仿真軟件的介入讓這個原本看起來枯燥和冰冷的鋼鐵世界變得生動鮮活起來。

 

　　“在未來，3D仿真軟件還將產(chǎn)生很多待發(fā)掘的新功能，比如網(wǎng)絡的協(xié)同工作和社交功能，把志同道合的人聚集在一起，實現(xiàn)信息同步共享。又比如根據(jù)用戶的描述自動生成某一種智能模型。”3D體驗平臺達索系統(tǒng)數(shù)字制造專家、博士陳超祥則認為，“設計軟件的思維和追求外形的設計不同，它們的邏輯絕對是形式追隨功能，就像多納德設計‘鎖爪’一樣，它的目的性非常明確。以后，當你的需求很明確，很可能只要一個鍵，你想要指定功能的機器人就會出現(xiàn)在你的面前。”雖然還不清楚是哪個“鍵”，有一臺電腦、一款仿真設計軟件和一部3D打印機，在家里造一個機器人，又有什么難的？