亦真亦幻 AI让虚拟世界“触手可感”

五官帮助人们认识世界，人工智能也致力于模仿这些能力。随着人工智能技术的进步，模拟视觉和听觉的技术发展迅速，但在嗅觉、味觉和触觉方面却出现了“跛行”的情况。最近，日本的“虚拟触摸”技术给人工智能触摸带来了好消息。这项技术可以解决虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术“不可见”的问题，并有望在今年年底和明年初首次推出使用这项技术的游戏产品。

那么，人工智能如何提高触觉呢？研究人员现在想做什么？未来它将应用于哪些方面来造福人们的生活？

可以提高人们的感知能力

发明“虚拟触摸”技术的日本工业技术研究所研究员中村正雄认为，“虚拟触摸”的本质在于“欺骗”大脑。研究人员开发的手持设备主要通过设备发出的特殊振动波刺激皮肤，并传递信号“欺骗”大脑，从而使人们获得各种触觉体验。

“日本的技术相对先进，仍处于实验室状态。现在的主要方法是通过将人工智能与传感器相结合来“感受”压力、温度和振动。当然，我们不能完全模仿真实的感受。”王源智库人工智能部主任、图灵机器人首席战略官谭明洲在接受《科技日报》记者采访时指出。

人类的手可以被称为大自然的奇迹杰作。他们灵巧、机智，能稳定地拿东西。然而，“对于机器来说，实现简单抓握和稳定的功能并不容易。”更不用说试图让机器人执行目标导向的任务了。”谭明洲指出。

不久前，卡耐基梅隆大学的机器人专家马修·梅森发表了一篇题为《走向机器操纵》的报告他说，“人工智能研究人员已经开发出一种可以打败人类象棋之王的国际象棋系统，但是仍然需要人类来移动棋子。显然，机器人可以移动棋子，但它们远不如人类。”

梅森进一步指出，机器人的手难以控制，主要体现在结构上。为了像双手一样灵巧，该设备必须施加足够的力来抓持和移动有重量的物体，具有足够的移动*度，能够准确和快速地移动，并且表面应该由柔软的材料制成，易于更换并且成本低。更重要的是，设备必须有感知能力才能理解环境场景。同时，它还需要提供高分辨率的信息，包括接触位置和力的交换。光靠计算机视觉不足以理解环境场景。在未来，这一缺点将通过触觉传感在一定程度上得到解决，但目前，设备和解决方案还没有完全到位。此外，建模和控制也是关键。研究人员需要一个控制过程的模型，以便他们能够分析、模拟、计划和控制。许多潜在的情况都非常具有挑战性，如单边接触、摩擦接触、冲击和变形。

“虽然人工智能目前还不能完全模拟人手的感觉，但如果本地研究彻底，它就相当于增强了人们的感知能力。它还可以补充人类所没有的能力，比如红外线的感觉。此外，人工智能还可用于开发高灵敏度的假肢假手，以实现更精确的感知并帮助残疾人生活。”谭明舟说道。

电子皮肤可能成为突破

与听觉和视觉相比，触觉技术一直是机器人技术无法突破的短板。由于最直接的触觉是通过皮肤感知的，电子皮肤已经成为触觉研究者青睐的话题之一。

最近，约翰·霍普金斯大学的研究人员开发了一种新的电子皮肤，它可以通过感知刺激向周围神经传递信号来重建触觉。研究人员将电子皮肤放在受试者的指尖上。测试结果表明，受试者可以对尖锐物体和光滑物体表现出疼痛和非疼痛反应，这表明电子皮肤至少在某些功能上是成功的。然而，它对温度的敏感度不是很高，需要改进。

日前，曼彻斯特大学和北京塔山科技有限公司联合成立了人工智能触觉传感联合实验室，计划开发人工智能触觉芯片和通用解决方案。“基于脉冲神经网络的架构，电容式触摸技术被开发并应用于人工智能机器人的皮肤，尤其是手和脚。它使用优于当前常见算法的深度学习算法来提取更抽象的特征数据，使人工智能能够快速、实时地做出决策，从而使机器人获得接近人类的触觉，突破服务机器人商业化应用的瓶颈。”塔山科技公司总经理孙腾臣说。

谭明洲说，触觉传感技术与人工智能算法相结合，与机器人相结合，通过大数据收集信息，使模拟现实感觉更真实。该技术在理论上很有前景，有望开发一种虚拟智能触摸系统，实现从手势到压力触摸的全智能感知，使人工智能具有触摸、滑动、压力、湿度、扭矩等功能。同时，它还可以开发多种触觉功能，使人工智能能够感知物体的温度和重量。

具有广阔的应用前景

触觉技术的早期发展反映在触觉反馈手套上。能够感觉到“手”的虚拟物体主要用于电子游戏中，以创造真实的触觉。在人机交互中增加触觉技术可以加强人们对机器的控制，并将有更广泛的应用，大大促进远程制造、医疗、教育、购物等的发展。”谭明洲指出。

据报道，机器人目前主要用于工业环境。一般来说，工业机器人有两种常见的手设计，其中最普遍的是“手爪”，它由两个或三个用来夹住物体的金属夹子组成。另一种是特殊的手，如吸盘和磁吸装置，用来抓住特定的物体，如生产线上的夹紧部件，或在仓库和工厂用吸盘吸容器来移动货物。

在普通的微创手术中，因为切口太小，外科医生都急于用放大镜来观察。2016年，迪肯大学和澳大利亚哈佛大学联合建造了一个用于腹腔镜手术的微创手术机器人HeroSurg，这样医生就可以在远程手术中取得联系。大量研究表明，给手术机器人增加触觉反馈可以提高手术精度，减少组织损伤和手术时间。触觉反馈还可以让医生在虚拟现实手术中进行零风险培训，体验实际切割和缝合的感觉。

可穿戴触觉设备可以通过振动与用户交流。神经科学家大卫·伊格曼的团队开发了背心，一种带有32个振动马达的背心。这件背心出现在科幻剧《西部世界》中，可以帮助角色找到逼近的敌人。

目前，可穿戴触觉设备最有前途的应用之一是将声音转换成触觉，以便听力受损的人能够更容易地理解口语。同样，各种视觉信息也可以转化为振动，让盲人理解视觉世界。

触觉远程机器人可以实现安全的人机交互。这项技术结合了高清视频、音频和交互式组件，在网络上创造了独特的“面对面”体验。卡尔博·森实验室正在开发一种“数据驱动触觉”设备，可以逼真地模拟物体表面的粗糙度、硬度和平滑度。这种模拟不依赖于复杂的算法和物理模型，只需要在物体通过各种表面材料时收集数据。例如，当笔画用于穿过屏幕时，可以在屏幕上获得相应的反馈——不同的反馈对应于不同的纹理。将来，它可以应用于网上购物和虚拟博物馆。