一種名為Franka的安全且能夠自我復(fù)制的工業(yè)機(jī)器人將很快出現(xiàn)在工廠中。
薩米?哈達(dá)丁（Sami Haddadin）曾將一把小刀連接到一個機(jī)器人操作臂上，并通過編程讓其刺向他的手臂。不，這并不是聳人聽聞的噱頭。他正在試圖展示自己設(shè)計的一種新型壓力感應(yīng)式控制機(jī)制，該機(jī)制能夠測出是否發(fā)生了接觸并使機(jī)器人立即停止動作，且確實(shí)有效。●如今，哈達(dá)丁想把這種一直被用于精密、昂貴系統(tǒng)上的安全特性，以低廉的價格提供給任何一個人機(jī)共處的場景。也許到2017年的某個時刻，他在慕尼黑的這家創(chuàng)業(yè)公司——Franka Emika——就可以生產(chǎn)出一種神奇的機(jī)器人操作臂，且易于設(shè)置和編程，非常不錯。但這種機(jī)器人操作臂的特色在于它和危險的傳統(tǒng)工廠機(jī)器人不同：它無須放在籠子里運(yùn)行，而是可以放在人的旁邊進(jìn)行操作，幫助其完成任務(wù)，且沒有風(fēng)險。
我說過它還可以自我復(fù)制嗎？
這款機(jī)器人又叫Franka Emika——“它有名有姓。”哈達(dá)丁這樣解釋說；它并不是唯一可以和人共事的設(shè)計。事實(shí)上，這種被稱為合作機(jī)器人的系統(tǒng)是機(jī)器人科學(xué)市場中增長最為快速的類型之一，據(jù)估計，其全球銷量預(yù)計將從2016年的1億美元提高到5年之后的33億美元。
所有的大型工業(yè)機(jī)器人制造商都在試圖開發(fā)自己的機(jī)器人，但最具創(chuàng)新性的設(shè)計來自于創(chuàng)業(yè)公司。RethinkRobotics公司在2012年推出了Baxter雙臂機(jī)器人，最近又開發(fā)了一種叫做Sawyer的單臂機(jī)器人。當(dāng)前的合作機(jī)器人市場則主要被丹麥一家叫做UniversalRobots的公司主導(dǎo)，其機(jī)器人年出貨量高達(dá)幾千臺。即便如此，這種機(jī)器人仍然非常稀缺。但隨著哈達(dá)丁的公司（得到了包括德國機(jī)器人制造商Kuka公司在內(nèi)的眾多投資者的資金支持）以及其他公司的進(jìn)入，這樣的情況預(yù)計在未來的幾年中會發(fā)生轉(zhuǎn)變。
哈達(dá)丁曾在一家德國頂尖的機(jī)器人科學(xué)研究室以及硅谷一家叫做柳樹車庫（Willow Garage）的知名機(jī)器人科學(xué)公司分別工作過一段時間。他說讓Franka公司在競爭中勝出的一個優(yōu)勢是其操控技能。雖然它的某些規(guī)格——7個運(yùn)動軸、80厘米的觸及范圍、3千克的負(fù)載和0.1毫米的精確度——和其他機(jī)器人差不多，但Franka的設(shè)計目的是完成一些需要以精準(zhǔn)控制來實(shí)現(xiàn)直接物理接觸的任務(wù)，包括鉆孔、擰螺絲、拋光，以及其他電子設(shè)備制造商一直希望實(shí)現(xiàn)自動化的各類檢查和組裝任務(wù)。
Franka的操作臂比一般的機(jī)器人操作臂更加靈巧，主要是因?yàn)樗怯膳ぞ乜刂频摹＠脩?yīng)變計來測量其7個連接處的力量大小，即使是最微小的碰撞也可以測出。相比之下，大多數(shù)的工業(yè)機(jī)器人都沒有這種壓力感應(yīng)的能力——這也就是為什么它們具有很大的危險性：會把你拉走而不自知。
扭矩控制的一個前提是要有極為精細(xì)的機(jī)器人動力學(xué)模型。即使是最小的效應(yīng)也需要考慮在內(nèi)，如部件彈性、振動和摩擦。這是因?yàn)榕ぞ乜刂频墓ぷ髟硎前褭C(jī)器人上的實(shí)際壓力數(shù)值與模型計算參考值進(jìn)行實(shí)時對比。因此，如果你的模型失效了，也就沒法控制了。
哈達(dá)丁并沒有將其視為阻礙，反而認(rèn)為這是一種優(yōu)勢。“事實(shí)上，我會為我創(chuàng)造出的一切東西建模。”他說。扭矩控制機(jī)器人的先驅(qū)格爾德?希爾齊格（Gerd Hirzinger）將Franka稱為一個“渴望已久的突破”；希爾齊格同時也是哈達(dá)丁在德國航空航天中心機(jī)器人科學(xué)與機(jī)械電子學(xué)研究院的導(dǎo)師之一。
另外一個讓Franka獨(dú)樹一幟的因素就是成本。在我寫這篇文章時，該機(jī)器人已經(jīng)可以接受預(yù)定了，非官方價格為9900或10500美元。這對于如此能干的機(jī)器人操作臂而言，確實(shí)是低得不可思議。相比較而言，Rethink公司的Sawyer的價格高達(dá)2.9萬美元，Universal Robots公司的暢銷產(chǎn)品UR5則更貴一些，約為3.5萬美元。
加州大學(xué)情境機(jī)器人研究所（Contextual Robotics Institute，位于圣地亞哥）的主任亨里克?克里斯滕森（Henrik Chiristensen）認(rèn)為Franka是“一個了不起的硬件”。但他還補(bǔ)充道，合作機(jī)器人的主要挑戰(zhàn)“不僅僅是硬件，還包括軟件，要使非專業(yè)人士也能夠很方便地使用”。他說Universal Robots公司“擁有至今最好的用戶界面，在競爭者脫穎而出”，因此，這就是Franka需要進(jìn)一步證明自己的地方。
哈達(dá)丁說他的公司在軟件上投入了和設(shè)計機(jī)器人一樣多的精力。用戶可以通過用手搬動機(jī)器人或點(diǎn)擊觸屏來對Franka進(jìn)行編程，系統(tǒng)提供了眾多預(yù)編程動作。給一個Franka做了編程之后，你可以將其通過云復(fù)制到其他的Franka上。
不過，哈達(dá)丁計劃中最野心勃勃的部分應(yīng)該說是讓Franka克隆自己。在初期生產(chǎn)運(yùn)行過程中，機(jī)器人只完成了工作的80%，但他堅持認(rèn)為將來會做到100%。在展望未來時，哈達(dá)丁想象著能把用作移動機(jī)器人工廠的集裝箱送往世界各地。“Franka將在里面自己制造自己。”他說。
以后會到處都是自我復(fù)制的機(jī)器人嗎？無論這樣做價值幾許，這都是一件好事。哈達(dá)丁正在努力讓機(jī)器人變得對人類更加友好——哪怕它手里舉著一把刀子。
作者：Erico Guizzo