波士頓動力機器人秀跑酷,新技能背後有哪些技術支持?

2020-12-27 EDN電子設計技術

今天，波士頓動力最新視頻來了！Atlas 先是平穩的跑步前進，連貫的跳過了一段障礙物，相比於此前的「立定跳遠」，這次的動作在協調性和連貫性上有非常明顯的提升。OnSednc

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Atlas 奔跑跳過障礙 （來源：Youtube)OnSednc

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Atlas 完成三連跳（來源：Youtube)OnSednc

接下來，機器人在助跑之後對著面前三個箱子來了個三連跳，站上了與機器人自己同高的架子上。OnSednc

機器人這次跳躍沒有任何的停頓，連續三次單腳跳上架子後還保持了幾乎完美的平穩性。從後面的視角看，機器人在跳躍過程中，除了腿部協調的非常好，手上也流暢的作出作出與人類跳躍時類似的伸展動作，以保持平衡。這個學會了「跑酷」的 Atlas再次驚豔全場。OnSednc

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與之前視頻中的表現對比，此次 Atlas 的挑戰更多，難度更大，Atlas 不僅平穩的完成了三連跳這樣的高難度動作，在動作的連貫性上也已經逼近人類的表現。OnSednc

而關於此次Atlas新技能的get，波士頓動力給出的官方解釋是：OnSednc

Atlas的控制軟體通過控制包括腿、手臂和軀幹在內的全身，集中力量跳過原木，跳上臺階，整個過程中不會打斷步伐。Atlas使用計算機視覺進行定位，使其在跑步過程中準確標記環境參照物，識別周圍地形及環境，並完成整個運動過程。OnSednc

三連跳背後的超高算法難度

Atlas 機器人的的此次驚豔三連跳，讓不論是行業人士還是吃瓜群眾都為之驚嘆。為什麼這件事如此吸睛？原因就在於這其中的難度真的非常高。OnSednc

DeepTech深科技對此採訪了新松機器人高級副總裁王宏玉。「硬體方面其實已經成熟，最難的就是算法，從機器人設計來看，每一種動作背後是一個算法，像是跑步、蹲、跳躍等，要把各種算法軟體結合，進而協調雙足自由度的運作，其中人工智慧在此扮演了關鍵角色，」王宏玉如此分析道。OnSednc

過去，大多數機器人並不具備所謂的人工智慧，而是依靠已經寫進系統的程序來執行單一的工作。後來隨著傳感器的加入，行業開始進入第一段蛻變。傳感器為機器賦予了一點智慧，如視覺和力覺，但這些還不足夠。後來機器學習的興起，就又進入了第二階段的蛻變，也就是人工智慧。其實可以發現波士頓動力近期以來公布視頻的頻率有所加快，代表其技術進步迭代正在持續加速中，從走路有點呆板尷尬，接著看到可以後空翻，到現在的三連跳，做到了與人類高度相近的程度，「從這可以看到他做到了讓算法快速迭代，人工智慧在此顯然扮演了重要角色。」王宏玉說。OnSednc

利用人工智慧的好處在於能實現機器的「自學習」，一開始讓機器學基本這些基本動作，不論是通過人或機器的評估機制，例如強化學習，讓機器人每一次的動作都能更靈活一點，並且找到耗費能量最小的力度和姿態，除此之外，還可以識別場景需求，例如環境是平地、山坡等，調取各自的算法，實現波士頓動力的技術迭代。OnSednc

更值得注意的是，通過人工智慧算法的引入，讓機器人不但有了智能，甚至可以說機器人的智能更趨於「完整化」。因為，不論是蹲、跑、跳個別動作的實現，到這些動作的連續、且是即時的實現，每一個背後都有一套算法的支持，而要讓這些個別支持動作與功能的算法串聯融合，這基本上就是另一個層次的技術躍進，而這躍進的讓人興奮程度，可能與這次大家所看到的快速奔跑跳躍的視頻不相上下。OnSednc

因為，從另一個角度來看，當人工智慧算法更進一步、更廣泛、更深入的被融合到機器人系統中，接下來會發生的事，不再只是靠新開發的一套算法去教會機器人新動作，而是要讓機器人在未來能做到自己遇到新的環境時，會發展出對應環境需求的新動作。可以想像這樣的躍進發展會對機器人帶來非常大的變革轉變。OnSednc

Atlas的技術迭代

Atlas機器人由美國波士頓動力公司為主開發，最初由美國國防部國防高等研究計劃署（DARPA）的資助和監督。這個身高6.2英尺（1.9米） 的機器人是專為各種搜救任務而設計，在2013年7月11日首次向公眾亮相。OnSednc

Atlas是波士頓動力基於早期PETMAN雙足人形機器人研發的，有四個液壓驅動的四肢。初代Atlas機器人由航空級鋁和鈦建造，身高約1.8米，重達150公斤，利用藍光LED照明，需要外接電源。OnSednc

從外觀上來看，顯然已經在向大眾能接受的方向走，另外，在經歷三次版本迭代之後，已經可以脫離電纜，擁有液壓動力，外加75公斤的質量和1.5米高的身形，擁有導航、避障能力。OnSednc

Atlas機器人最讓人驚嘆的是擅長在崎嶇的地形行走、攀爬，包括不平整的碎石地，雪地等，它能夠保持平衡，快速行走，搬箱子，甚至在被踢倒後自己爬起來，而且它學習走路的動作和生態與人類驚人的類似。他被稱為「逆天機器人Atlas」。OnSednc

2016年2月23日，波士頓動力公司在YouTube上發布了一個新版本Atlas機器人的視頻，立即引起轟動，僅YouTube的原始視頻播放量已達到2400萬次。 新版本的Atlas機器人為在戶外和建築物內部操作設計。 它專門用於移動操縱，非常擅長在廣泛的地形上行走，包括雪地。 它由電動和液壓驅動，使用身體和腿部的傳感器維持平衡，並在其頭部使用光學雷達和立體傳感器，以避開障礙物，評估地形，幫助導航和操縱對象，即使對象在移動中。第二代Atlas機器人身高1.9米，體重僅有82公斤，相貌也不像初版那麼猙獰，而且內置電池驅動，不再需要外接電線獲取動力。OnSednc

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初代Atlas機器人OnSednc

第二代Altas機器人更令人印象深刻的是各種能力的改進。在視頻中它展現出了在雪地丘陵中的穿越能力，能夠在崎嶇不平且被雪覆蓋的山坡自如地行走。而且它的平衡能力也十分驚人，在打滑甚至被踢的情況下仍能維持住姿態，即便被踢倒在地，它也自己再爬起來！還有就是得益於配置的雷射雷達與立體傳感器，以及室內室外的定位能力，Altas 已經能夠在室內和室外進行自我導航。從當時的視頻中可以看出，Altas 的目標搜索識別能力也很強大，測試者屢屢把待舉起的箱子踢走，Altas 都能很快定位到箱子並且執行舉起重物的動作。OnSednc

在Atlas體型結構和技術應用上，波士頓動力官方給出的解釋是：Atlas硬體利用3D列印來節省重量和空間，從而形成一個非常緊湊的機器人，具有高強度重量比和極大的工作空間。立體視覺、距離感應和其他傳感器使Atlas能夠操縱環境中的物體並在崎嶇的地形上行走，在撞擊或推動時能夠保持平衡。OnSednc

當然，官方指出的「在撞擊或推動時能夠保持平衡」明顯是針對產品迭代、功能提升後的現在版本而言，畢竟，波士頓動力之前也是給出過被撞倒的場景畫面的。OnSednc

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作為波士頓動力的明星產品，這款產品可以說是備受關注，當然，廣受關注後，也必然是備受爭議。不論是在後空翻的失敗次數，還是在室外跟隨上是否有人操作，都備受質疑。據相關媒體報導，波士頓動力一位不願透露姓名的前員工說，視頻代表的是機器人最好的狀態，自從機器人開始學走路，就會經常摔倒，只是NG鏡頭不太會播出而已。OnSednc

商業化路上幾經轉手，開源將是第一步？

波士頓動力在機器人，尤其雙足機器人上說是第一，應該也不為過。也是因此，得以被眾多廠商看好，在 2013年被Alphabet（谷歌母公司）收購，入得谷歌麾下。但是在谷歌麾下這段日子裡，仍然遲遲沒有在市面上推出任何商用產品，也遲遲沒有對外公布任何商用計劃，再加上無法融入谷歌整體技術發展中。據了解，在2016年，就已有谷歌決定放棄波士頓動力的傳聞，當時的接盤俠一度被認為是車企巨頭豐田，不過，最終的結果，卻是在時隔一年的2017年6月，軟銀從谷歌手中接過了波士頓動力。OnSednc

從行業內的角度來看波士頓動力新發布的這個視頻，多半認為波士頓動力的技術迭代的速度確實在加快，這對於整體機器人產業的發展更可能帶來新的機會點，當硬體逐漸進入成熟階段，下一個關鍵決勝點就是人工智慧算法與技術融合的速度與商業化程度。OnSednc

但行業都知道，波士頓動力是一群技術瘋狂愛好者所組成，埋首研究技術，但作為一家初創公司，勢必會面臨技術落地的商業化問題，因為成本太高，自然讓使用者意願打折扣。OnSednc

目前要實現機器人的移動性，有足型跟輪型兩大類，足型機器人的成本比較高，這也是過去商業推廣時遇到的問題。行業人士評估，足型機器人的成本大概是比輪型高出 3~5 倍，另外足型機器人負載（payload）大約只有幾十公斤。OnSednc

而在商業化部份，近來波士頓動力有另一個值得注意消息傳出，波士頓動力似乎有計劃將技術開源，「如果開源，對產業衝擊會很大！」一位機器人行業高層對 DT 君說。但這「衝擊」不見得是不好的，因為波士頓動力如果將自有技術開源供業界使用，即使是需要授權付費，這對波士頓動力是一個可盈利的商業模式外，對於其他機器人開發業者而言，若能應用波士頓動力的技術提升自身開發速度，這將會對整體機器人行業的發展帶來顯著的推動，不只是波士頓動力本身的迭代速度會加快，整體機器人行業也會在此帶動下加速發展。OnSednc

根據目前業界傳出的消息，波士頓動力可能採取的作法是讓自己成為一家平臺商，通過代碼開源或授權方式，讓外界可以使用他們所開發的技術。這樣做的一個好處是優化技術，隨著開發者、業者的使用，在眾人的反饋下，技術得以不斷優化或改善。第二個好處則是應用場景得以擴大，讓技術落地變為可能。過去波士頓動力的主要訴求在軍事用途，如果技術能夠被其他領域的機器人使用，對於機器人功能的提高，著實會有幫助。OnSednc

整體來看波士頓動力在過去 1 年的技術迭代進展，特別是人工智慧算法的高度參與融合，再加上近來業界傳出的開源傳言消息，對於全球機器人產業而言，這將讓機器人真正從「機器」進而大步躍入真正的「機器人」時代。OnSednc

（綜合整理自騰訊科技、雷鋒網、新智元、DeepTech深科技）OnSednc

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