美國研究人員為機器人視覺開發4D相機｜斯坦福大學研發新型搜救機器人

美國研究人員運用光場、演算法等技術研製出第一台機器人專用相機。這台單鏡頭照相機能生成4D圖像，也能捕捉近140度的信息。研究人員認為它的性能優於目前為機器人視覺提供的成像系統，也適用於虛擬現實、增強現實技術。機器人領域包括無人汽車、無人機等，它們在四處活動時需要收集不同視角的信息，以便理解周圍環境的特點，比如不同物體的運動和材料構成。

由美國斯坦福大學和加利福尼亞大學聖迭戈分校研究人員專為機器人研製的這種4D相機可以在一幅圖像中採集到很多這類信息。

4D相機之所以能捕捉到比普通相機拍攝的2D圖像更多的信息，是由於採用了光場照相技術。光場技術最早在1996年由斯坦福大學科學家提出，這種技術在像傳統2D相機拍攝圖像的同時，還記錄打在鏡頭上的光線的方向和距離，由此產生4D圖像。

光場相機的一個特點是，由於圖像包含了光線的位置和方向等信息，用戶可以先拍照，然後重新對焦。機器人可以利用這個功能透過雨和其他可能模糊視線的物體看清環境。

由於採用了特殊設計的球面鏡頭，4D相機具備超寬視場，能覆蓋環繞相機近三分之一圓周的場景。在把球面圖像轉換為平面圖像方面，研究人員把光學技術與先進的信號處理和演算法技術結合起來，制定數碼解決方案，克服傳統轉換方法比較煩瑣、容易出現誤差的缺點。

研究人員下一步準備研發緊湊型的機器人專用4D相機。他們認為，小巧輕便以及寬視場、詳細的景深信息，這些都是機器人、無人駕駛汽車、可穿戴設備以及增強現實、虛擬現實所需成像系統的理想特點。

4D相機能拍出高質量特寫圖像，特別適用於機器人在狹小空間穿行、無人機著陸以及無人駕駛汽車行駛。如果增強現實或虛擬現實系統搭載這種4D相機，詳細的景深信息有助於無縫呈現現實場景，支持現實場景與虛擬場景的更好融合。

參與研發的斯坦福大學電機學助理教授戈登·韋茨施泰因說，這種相機可以使不同類型的人工智慧技術理解周圍物體有多遠、是否在移動、由什麼物質構成。

斯坦福大學研發新型搜救機器人

不管是工廠機器人還是家庭服務性機器人，它們不一定都擁有貼近人類的外觀，但大多都擁有「鋼筋鐵骨」的內核。而斯坦福大學一群研究員最近研發的一款搜索救援機器人，和機械臂或鋼鐵心都無關，是條可以蜷曲伸展的充氣管子。和我們以往所見的機器人不太一樣，它長得有些怪異，長72米，像一條靈活柔軟的蛇。

不過，研究員並不是從蛇身上尋找到靈感，因為它並不像真正的蛇一樣在身體內部擁有靈活的骨節，而是一個中空充氣的雙層塑料軟管。這意味著它的形狀可以任意變化，也可以向任意方向蜷曲舒展，並以32公里/小時的速度前行。

軟體機器人模擬的是植物的生長狀態：植物不是通過運動，而是通過尖端延伸向著某處生長，並且能從狹縫中鑽出來。它也用了同樣的原理：

「當材料延展開來，它的身體部分會在一端變長，但剩餘部分並不移動」，參與這個機器人項目的研究人員 Elliot Hawkes 在項目論文中這樣寫道，「災難中的倖存者可能被卡在岩石中，但這個機器人能穿過瓦礫之間的縫隙，因為它使用了新材料。」

軟體機器人的身體由 3 個氣囊組成，研究人員能夠控制每個氣室的運動，允許機器人精確找到要去的方向，或是通過放掉部分氣體，讓它通過狹窄空間。

而機器人的一端也安裝了一個微型相機，它能從相機中「看」到並用演算法解讀內容，這使得它在服從控制以外，還能按照自己計算的路徑到達指定目標。

為了試驗蛇形機器人的可行性，研究團隊設立了一系列障礙試驗，比如讓機器人穿過粘蠅紙、膠水、釘子陣、狹窄通道等，它像條活的藤蔓一樣生長、尋找生長空間，輕而易舉地穿過看起來不可能穿過的地帶，最終毫髮無傷地通過了全部考驗。

充氣機器人能夠自如充放氣體，因此可以通過非常狹窄的空間。

除了搜索功能以外，機器人還擁有救援能力——它的承載力能從地面上提起 100 公斤的箱子，也可以開關閥門。

不過目前，它只是個由普通塑料製成的機器人原型，研究人員正在計劃使用更加堅固的材料，例如防火纖維（「kevlar」）。

軟管內部的填充也可以用加壓液體替代空氣，為被困險境中的倖存者輸送水源。

藍海長青智庫