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　　大臂屈肘，前臂在空中劃出一個(gè)優(yōu)美的“扇面”之后舉過(guò)頭頂，Atlas的整個(gè)身體被帶動(dòng)起來(lái)，腳掌蹬地，大腿力量爆發(fā)，一個(gè)后空翻，落地完美。

　　近日，波士頓動(dòng)力發(fā)布了一段機(jī)器人后空翻的視頻，記者一直在猜想體操比賽“神解說(shuō)”金寶成會(huì)給這段動(dòng)作干凈、沒(méi)有拖沓的表演估分多少。

　　無(wú)論分值多少，“震驚世界”是肯定的了——機(jī)器習(xí)得的人類(lèi)本領(lǐng)又多了一個(gè)，而且還是一個(gè)大部分人不能完成的高“顯示度”的身體技能，這勢(shì)必會(huì)引起大部分人的注目。科技日?qǐng)?bào)記者為此采訪了東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)宋愛(ài)國(guó)、德國(guó)人工智能研究中心科學(xué)總監(jiān)菲利普·斯魯薩力克，對(duì)Atlas的動(dòng)作進(jìn)行技術(shù)分解，梳理一下它的背后有哪些技術(shù)在支撐發(fā)力。

　　機(jī)器人后空翻有多難

　　一個(gè)后空翻動(dòng)作， 最難的是哪一步？起跳、翻轉(zhuǎn)、落地，還是穩(wěn)住？

　　“要有力量”，宋愛(ài)國(guó)沒(méi)有直接回答記者的問(wèn)題，他說(shuō)，想翻轉(zhuǎn)，跳起來(lái)了，但是力量不夠大，就不能給翻轉(zhuǎn)足夠的時(shí)間，也談不上動(dòng)態(tài)的調(diào)整，因此動(dòng)力是后空翻能夠完成的基礎(chǔ)。

　　第三代Atlas并不是告別外接電源的第一代。資料記載，波士頓動(dòng)力2016年推出的第二代Atlas就配備了內(nèi)置電池驅(qū)動(dòng)，不再需要外接電源獲取動(dòng)力。

　　“瞬間給力會(huì)更大，就像人要調(diào)集自己肌肉內(nèi)部的ATP儲(chǔ)能一樣，翻轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)的爆發(fā)力對(duì)電池的要求更高。”宋愛(ài)國(guó)提醒，在關(guān)注傳感器、算法等人工智能研究的同時(shí)，也要關(guān)注動(dòng)力等基礎(chǔ)研發(fā)，“機(jī)器人的研制是一個(gè)全鏈條的工作”。

　　“在機(jī)器人的體內(nèi)會(huì)有姿態(tài)傳感器，也就是陀螺儀。”宋愛(ài)國(guó)說(shuō)，通過(guò)陀螺儀，它能夠知曉自己的空間方位。與生物判斷自己的方位和姿態(tài)不同，“人類(lèi)的平衡感知集中在小腦部位。而機(jī)器人的平衡感知是分布式的，通過(guò)陀螺儀分布在它的軀干上”。

　　“它一跳，腿部跟著擺動(dòng)上來(lái)，然后翻轉(zhuǎn)，整個(gè)身體的姿態(tài)也隨之調(diào)整。”宋愛(ài)國(guó)說(shuō)，“姿態(tài)傳感器獲取了各部位的旋轉(zhuǎn)狀況，將信息傳遞到中央處理器，進(jìn)行控制決策。”

　　“控制的實(shí)施要快，因此對(duì)算法的有效性要求很高。”宋愛(ài)國(guó)說(shuō)。決策的具體過(guò)程可分解為：將姿態(tài)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算處理，找到應(yīng)對(duì)策略，傳遞給不同部分，控制姿態(tài)，獲取平衡。可以想見(jiàn)后空翻的所有計(jì)算要在“慢飛行”的情形下完成，因此控制算法優(yōu)化極考驗(yàn)功底。

　　“我有幸親眼見(jiàn)過(guò)Atlas，很多學(xué)校都在拿這款機(jī)器人做硬件平臺(tái)，然后研究控制算法。”“知乎”上一位機(jī)器人領(lǐng)域的研究者介紹，波士頓動(dòng)力控制算法已成為院校的典型范例，被用作教材。

　　此外，落地的平衡控制是較難完成的環(huán)節(jié)。這一過(guò)程中，剛性接觸和柔性接觸分別要采用不同的模型，還要設(shè)計(jì)二者的兼容模型。宋愛(ài)國(guó)說(shuō)，為了給這個(gè)大家伙輸出足夠的動(dòng)力，也為了減少落地對(duì)它的緩沖，Atlas的腿部裝了液壓伺服器。“兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)的桶狀裝置，裝在腿部，將剛性接觸轉(zhuǎn)化為柔性接觸。”

　　“目前的驅(qū)動(dòng)部件，有電機(jī)、有氣壓、有液壓，后兩種能夠降振減壓”，宋愛(ài)國(guó)說(shuō)，它們不會(huì)因?yàn)樗查g沖擊力的增加而爆掉，而且輸出動(dòng)力也足。但是，在算法控制上，液壓伺服的數(shù)學(xué)模型是非線性的，力量不會(huì)隨著電壓的增長(zhǎng)而線性增長(zhǎng)，控制的精度會(huì)低一點(diǎn)，宋愛(ài)國(guó)說(shuō)：“機(jī)器人的腳部也會(huì)安裝多維力傳感器，對(duì)腳步的受力狀態(tài)進(jìn)行輔助控制。”

　　嚴(yán)苛“訓(xùn)練”為哪般

　　隨著Atlas后空翻的走紅，波士頓動(dòng)力“虐待”機(jī)器人的一些老視頻也被網(wǎng)民扒拉出來(lái)。視頻中，測(cè)試人員不是對(duì)機(jī)器人猛踹，就是突然出現(xiàn)撞擊機(jī)器人，“這不是欺負(fù)，是為了檢測(cè)機(jī)器人的穩(wěn)定性能”。智能一點(diǎn)技術(shù)人員萬(wàn)俊說(shuō)。

　　“可以不必這樣。”菲利普·斯魯薩力克主要從事計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的研究，能夠?yàn)楦鞣N應(yīng)用領(lǐng)域的模擬、分析、可視化、訓(xùn)練和決策創(chuàng)建3D環(huán)境，他表示，對(duì)機(jī)器人的訓(xùn)練可以通過(guò)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行。

　　“我沒(méi)有加入到這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)中，不是很了解他們是如何建模和調(diào)整的”，菲利普的回答透著德國(guó)人的嚴(yán)謹(jǐn)，但是人工智能的深度學(xué)習(xí)必須要從經(jīng)驗(yàn)中得來(lái)。

　　用數(shù)據(jù)替代現(xiàn)實(shí)，能夠給機(jī)器人足夠的深度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。“我們已經(jīng)在開(kāi)展和機(jī)器人非常相似的無(wú)人駕駛汽車(chē)的訓(xùn)練，利用虛擬3D環(huán)境為汽車(chē)調(diào)整參數(shù)、算法和模型設(shè)計(jì)。”菲利普說(shuō)。

　　“并不是所有的環(huán)境在現(xiàn)實(shí)中都能找到，例如火星環(huán)境、戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境等。”菲利普說(shuō)。機(jī)器人的研制初衷是代替人類(lèi)進(jìn)入嚴(yán)酷的環(huán)境，這也是波士頓動(dòng)力公司受軍方資助的原因之一。

　　機(jī)器人能不能在這些環(huán)境中勝任呢？“創(chuàng)造出真實(shí)環(huán)境和多樣的場(chǎng)景驗(yàn)證，花費(fèi)巨大，而且也難以實(shí)現(xiàn)”，菲利普說(shuō)，虛擬3D環(huán)境的設(shè)計(jì)是解決之道。

　　這涉及到除了翻跟頭之外的另一個(gè)問(wèn)題——什么時(shí)候翻跟頭？

　　“發(fā)布的這個(gè)機(jī)器人，現(xiàn)在只是能夠完成人類(lèi)給定的指令，還不能自己判斷什么時(shí)候后空翻”，宋愛(ài)國(guó)說(shuō)，在完成高難度動(dòng)作之外，機(jī)器人還需要自己判斷。

　　例如，一個(gè)孩子從路上突然出現(xiàn)，機(jī)器人能不能判斷出避讓或翻過(guò)去。“它們不僅要能判斷大孩子、小孩子、打傘的孩子或者追球的孩子，一旦遇到‘孩子是翻著跟頭過(guò)去的’這種罕見(jiàn)的模式，也要判斷出來(lái)。”菲利普說(shuō)。

　　分布式的、沉浸式的、協(xié)作和交互式的3D環(huán)境，將給機(jī)器人一個(gè)個(gè)虛擬世界，只有當(dāng)它們通過(guò)不同場(chǎng)景背后一套套“模擬試卷”的考驗(yàn)后，才能夠被評(píng)判為：智能系統(tǒng)安全。

　　我國(guó)研究正起步

　　關(guān)注Atlas的業(yè)內(nèi)人士，也很樂(lè)于八卦波士頓動(dòng)力公司的波折經(jīng)歷——它早期在軍方拿到了巨額的研究經(jīng)費(fèi)，后被谷歌收購(gòu)，之后又被谷歌賣(mài)給日本軟銀公司。支持經(jīng)費(fèi)是其中的重要因素之一。

　　“波士頓動(dòng)力特別有錢(qián)”，有人在“知乎”爆料稱(chēng)，認(rèn)識(shí)在該公司供職過(guò)的研究人員，得知波士頓動(dòng)力每周都要做機(jī)器人實(shí)驗(yàn)，把機(jī)器人搞壞，然后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并改正，“因?yàn)橛绣X(qián)、有經(jīng)驗(yàn)，所以他們一周之內(nèi)就能把機(jī)器人修好，下一周繼續(xù)做，全年無(wú)休。”

　　可見(jiàn)，仿生機(jī)器人是個(gè)費(fèi)錢(qián)又費(fèi)工的研究。近年來(lái)，我國(guó)也在仿生機(jī)器人領(lǐng)域有了值得一提的研究。

　　今年4月百度主辦的創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽上，南京大學(xué)、西南科技大學(xué)等聯(lián)合研發(fā)的“蜘蛛俠智能救援隊(duì)”亮相，能在復(fù)雜的路況中穩(wěn)定行走，相互溝通協(xié)作且簡(jiǎn)單自主運(yùn)動(dòng)。8月召開(kāi)的機(jī)器人大會(huì)上，由清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系研發(fā)的“數(shù)據(jù)機(jī)械手臂”，在人穿上帶有傳感器的手套后，機(jī)械手臂會(huì)“零延遲”同步響應(yīng)動(dòng)作。此外，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、新松機(jī)器人公司等在四足機(jī)器人足球、7自由度協(xié)作機(jī)器人等方向都有相關(guān)研究進(jìn)展。

　　宋愛(ài)國(guó)介紹，在軍方相關(guān)部門(mén)有進(jìn)行四腿大狗的研究團(tuán)隊(duì)，山東大學(xué)有研究?jī)赏戎绷⑿凶叩膱F(tuán)隊(duì)，但與波士頓動(dòng)力相比，我國(guó)的機(jī)器人研制深度和水平還有較大差距。