鋼鐵人馬斯克創辦的AI研究組織展現了機械手已經能像人類一樣抓取物體!

由伊隆·馬斯克(Elon Musk)創辦的非盈利性人工智慧組織 Open AI ,今天向我們展示了一項新的研究成果:讓機械手可以像人手一樣抓取和操縱物體。
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本篇來自合作媒體愛范兒,INSIDE 授權轉載。

由伊隆·馬斯克(Elon Musk)創辦的非盈利性人工智慧組織 Open AI ,今天向我們展示了一項新的研究成果:讓機械手可以像人手一樣抓取和操縱物體。雖然這種模擬造型的手掌我們已經見過很多了,但讓「手指」能夠和人類的真手一樣靈活可動,對機械結構來說可不是一件簡單的事。

但你在上面的動圖中也能看到,這套名為 Dactyl 的機械手系統能夠按照指令要求,輕鬆完成轉動立方體的動作,而且這種包含各種技巧的指尖操作,顯然要比過去我們所看到的機器人行走跳躍複雜得多。

Dactyl 自所以能夠實現這麼高效的運作,和 Open AI 使用的強化學習演算法有關係。就像是剛出生的小孩一樣, AI 或是機器人剛造出來後同樣什麼都不懂,如果你希望它能夠完全理解某項複雜任務的流程,肯定需要進行反復的訓練。

尤其是對於真實存在的物理機器人來說,研究人員往往要耗費大量的現實時間對其進行指導練習。

但 Open AI 現在的做法,則是完全在虛擬環境中對 AI 機器人進行訓練,然後再把 AI 應用在實體機器人身上。他們還會在訓練的過程中增加大量的動態隨機事件,讓 AI 在這個過程中自己領悟出完成任務的訣竅。

以這次的機械手掌為例,首先,他們會教導機械手臂按照指令,將六面立方體中的正確顏色翻轉出來;然後便開始改變周圍環境的燈光和雜訊,以及立方體的顏色、重量、紋理和摩擦力等;甚至還會改變訓練過程中的重力環境因素。

之所以會加入這些隨機化的變數,也是為了讓 AI 能更好的應對各種意外情況的發生:「比如說不同的重力環境下,Dactyl 自己就會去領悟這會對立方體操控造成哪些影響。不然在現實世界中,一旦我們改變手臂的高度,重力環境發生改變,立方體可能就會從手中滑落。」

另外,由於不用模仿人類的行為,所以 Open AI 的訓練方式也可以允許 AI 充分去思考人類沒有思考過的方式,說不定還能獲得意想不到的成果。

這種虛擬環境的訓練模式還有一個好處,那就是不會耗費現實世界的時間。目前 Dactyl 已經積累了大約 100 年的訓練經驗,嘗試用無數種方法來控制立方體的轉動,但實際上這個過程只

相當於我們現實世界中的 50 個小時而已。

在虛擬世界裡完成訓練後, AI 就可以應用這些經驗去分析現實世界裡的動態因素,並調整自己的行為來完成任務了。如今 Dactyl 已經可以連續完成 50 次的立方體旋轉操作,且不會出錯。

值得一提的是,這種超高效的訓練模式不僅能運用在物理機器人上,也同樣可以用於其它的虛擬 AI 模型。在去年 7 月份, Open AI 開發的 Open AI Five 也同樣在虛擬世界裡經歷了上萬個小時的學習,實際上只是花費了幾天的時間,然後它便在 Dota2 遊戲中擊敗了職業選手 Dendi。

雖然只是一次 solo 對決而非 5v5,但依舊讓我們看到了人工智慧在電競這種複雜領域的有效性,包括我們所熟知的「圍棋殺手」AlphaGo,也是 DeepMind 公司使用深度強化學習訓練出來的 AI 模型。

據說強化學習的靈感最早來源於人類對自然界動物學習過程的長期觀察,之所以近幾年內才開始嘗試,也是受益於神經網路技術的進步,以及 Open AI 本身的規模優勢。一旦強化學習的基準更為多樣和複雜,自然也得付出不小的運算成本。

按照 Open AI 給出的資料,Dactyl 的訓練設備動用了約 6144 顆 CPU,以及 8 顆來自 Nvidia 的 V100 GPU,這種規模的基礎硬體只有很少數的研究機構才能夠使用。

總得來說, Open AI 提出的「將模擬環境的成果應用到現實世界」會是開發通用機器人的有效解決方案之一,但也有機器人專家認為,這種程度的實驗結果只會局限在某一個特定任務上,能否真正解決現實世界的難題,則仍然是一個未知數。


人機合一新型態微創手術,外科醫師的第3隻手——精準持鏡機器手臂,穩定內視鏡影像提升手術品質

隨著科技進步,微創手術已成為一般外科治療的趨勢,「精準微創」更是現階段的目標。新型的「內視鏡持鏡機器手臂」彷彿是外科醫師的第3隻手,可以模擬人手多角度操作持鏡,提供穩定的影像畫面,輔助主刀醫師精準切割、縫合患部,提升手術品質、縮短術後恢復時間。
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談到開刀房、手術室,你腦中浮現的第一個畫面是什麼?小小的手術台旁擠滿多名醫護人員,手上持著不同的器械各自忙碌?

沒錯,一台成功的手術是由一整個醫療團隊,每個人各司其職,並保持良好的節奏與共同合作的默契,才能確保病人獲得妥善治療。

看懂傳統腹腔鏡/內視鏡手術,開刀房人員配置

以傳統腹腔鏡/內視鏡手術來說,手術房內會有主刀醫師與第一助手來完成主要的手術內容,同時還會有兩位分別協助操作內視鏡的「扶鏡助手」與協助遞交手術器械的「第一助手」。

▲手術房內除了主刀醫師與第一助手完成主要的手術內容之外,還有協助操作內視鏡的「扶鏡助手」,以及遞交手術器械的「第一助手」。

扶鏡助手扮演了手術過程中相當重要的「眼睛」角色,因為扶鏡助手操作的內視鏡,便是將極細長內含光纖、鏡片的鏡頭放入體內,再利用影像傳輸,將體內畫面傳導至螢幕上。由於內視鏡可以深入腹腔,傳回人眼無法透視皮膚所看到的手術部位,加上具有影像放大的作用,協助醫師更仔細觀察病兆、找對下刀位置。

傳統腹腔鏡/內視鏡手術,「人工持鏡」考驗醫護體力、耐力

然而,內視鏡的操作,並非想像中的簡單。除了操作過程十分考驗「扶鏡助手」和主刀醫師之間的默契外,一場腹腔鏡手術動輒三、四個小時以上,要保持長時間穩定地「人工持鏡」,相當考驗醫護的體力與耐力。

大千醫院一般外科劉信誠主任坦言,「對於長時間的腹腔鏡手術來說,鏡頭畫面的穩定度非常重要。但是,當手術時間超過一個小時以上或步驟、位置較複雜,持鏡助手就容易感到疲憊、集中度下降,開始跟不上醫師的手術工作速度。」

再者,持鏡助手長時間維持持鏡姿勢,也容易因疲勞而產生手持內視鏡影像晃動,造成手術畫面模糊,增加主刀醫師及開刀團隊產生視覺暈眩的可能性,進而拉長手術時間,提升手術困難度。

▲大千醫院一般外科劉信誠主任。

外科醫師的第3隻手:內視鏡持鏡機器手臂CP值高

為了滿足不斷上升的內視鏡手術需求,醫界也追尋更佳的手術方式。於是,內視鏡結合機器手臂的「內視鏡持鏡機器手臂」由此產生。

其中最知名的「機器手臂」就是大名鼎鼎的「達文西機器手臂」,但達文西手臂的體積龐大、造價昂貴、維修費驚人,每次使用的開機與耗材費高達20-30萬。對於一般民眾來說,是一筆相當高額的支出,不是人人都負擔得起。

為解決醫師臨床手術的多元與便捷需求,友信醫療集團代理引進由德國開發的「新型內視鏡持鏡機器手臂」,有兩種不同型號,滿足不同的臨床需求,打破對機器手臂的既定印象,不僅體積輕巧、操作容易,關節活動角度靈活,更可直接架於開刀床邊軌上,手臂移動範圍能完全涵蓋整個病人,彷彿是外科醫師的第3隻手;且大部分的配件可以重複滅菌使用,每次開機約1-2萬元,導入成本低、CP值高,對於醫院及病人來說負擔降低許多。

除了費用門檻較低,劉信誠主任分享到,與傳統人工持鏡相比,機器手臂持鏡的畫面較穩定,還可以由醫師主動控制畫面,提升手術的流暢度。

另外,在執行微創手術的縫合等精細動作時,穩定、不晃動的畫面也能讓主刀醫師在視覺上較舒適且不易感到疲倦,增加手術的準確度,達到「精準微創」的目的。

▲持鏡助手長時間維持持鏡姿勢,容易因疲勞而產生手持內視鏡影像晃動,「新型內視鏡持鏡機器手臂」則可以提供流暢且穩定的影像。

胸腔鏡手術應用範疇多!日本研究揭「人手持鏡」與「機器手臂持鏡」的差異

劉信誠主任指出,近年來微創手術已是目前臨床上的主流。根據統計,在醫院開刀房所進行的手術中,傳統開腹手術對比腹腔鏡微創手術的比例,已經將近1:9。

如同微創手術的主要目的,在於縮小患者的手術傷口、降低出血量及術後疼痛的發生,因此在進行手術時間較長的微創手術,機器手臂持鏡更顯重要。

根據日本研究發現,機器手臂相較於傳統人手持鏡,不會增加手術準備時間,熟悉持鏡手臂操作的醫師更可以降低18%的腹腔鏡手術時間;且因內視鏡影像穩定,手術下刀、縫合位置更精準,在減少內視鏡穿刺套管拉扯傷口下,患者的出血量也會降低、術後恢復速度也更快,大幅降低住院天數。

以新型持鏡機器手臂來說,便是針對消化系統、婦產、泌尿等外科手術需求所設計。透過內視鏡穿刺套管(Trocar)註冊點作為移動與旋轉的中心點,記憶套管虛擬位置,讓持鏡手臂以定位點為軸心進行移動,並自動運算最佳移動方式,在術中提供穩定內視鏡影像的同時,也能避免內視鏡拉扯擴大手術傷口,對外科醫師提升微創手術精準度,保有穩定支撐和靈活定位能力有所助益。

▲新型持鏡機器手臂,透過電腦登記Trocar穿刺套管作為移動/旋轉的中心點,記憶腹腔鏡套管虛擬位置,讓持鏡手臂以定位點為軸心進行移動,並自動運算最佳移動方式,避免拉扯手術傷口擴大。

小腔室也能輕鬆進入,新型持鏡機器手臂體積更輕巧、角度更靈活

相較腹腔、胸腔等部位,對於耳鼻喉科與顱底手術,醫師要面對更小的腔室,為避免觸碰重要的神經組織及血管,更需要仰賴內視鏡精準的移動與角度。另一款新型持鏡機器手臂具有6個關節的機器手臂、模擬人手進行多角度移動,可以提供360度橫向移動視角,及垂直90度的視覺角度,輔助醫師更精準深入手術部位,穩定提供內視鏡影像輔助醫師進行手術。 

▲具有6個關節的另一款新型機器持鏡手臂,能夠模擬人手進行多角度移動,輔助醫師更精準深入手術部位。

除了上述提到的持鏡機器手臂與傳統人工持鏡之間的差異,對醫院及醫師來說,持鏡機器手臂在人力調度上更有彈性,可以減輕醫護的視覺疲勞與持鏡姿勢疲勞。

對患者而言,持鏡機器手臂提供的穩定手術影像畫面,有助於提升手術品質,減少手術時間及併發症,讓患者安全快速地回到工作崗位或生活上。

資訊來源:友信醫療集團、大千醫院一般外科劉信誠主任;文:關鍵評論網媒體集團廣編企劃。