盲眼“猎豹”机器人出路在哪?

波士顿有“狗”,麻省理工学院有“猎豹”。

麻省理工学院的这匹新“猎豹”不简单,直接代替“波士顿狗”成为机器人界的新“网红”。为什么这次麻省理工学院的“猎豹”如此厉害?原因在于这匹“猎豹”闭着眼睛就能疯狂吊打它的各位“前辈”。麻省理工学院新研发的第三代“猎豹”机器人完全不依靠视觉传感器及摄像头,纯靠算法便能轻松完成移动、爬楼梯、快速奔跑、跳跃等高难度动作,相比以往的机器人来说,有了质的突破。

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那么,这样的机器人究竟有什么用?不断对这些机器人的性能进行迭代升级的研发团队可不仅仅希望它只是“网红”那么简单。“猎豹”机器人最想占领的领域就是人类难以涉足的野外搜救、侦查领域。

但是对于“猎豹”机器人及它的同类来说,真正成为这个领域的佼佼者还有三大难题。

野外作业“五感”能力跟不上,机器人量产难实现

目前,腿足式机器人是机器人界的主流。多年来,在机械设计和控制策略方面,腿足式机器人进展明显。但是这类机器人在准静态的时候运动速度非常慢,而且也难以处理一些意外状况,还经常摔倒。

为什么运动速度提不上来?这主要是由于过去的机器人过于依赖视觉系统,每走一步都需要通过复杂的视觉计算。所以,这次团队在研发第三代“猎豹”机器人时转变思路,不再一味地看重视觉能力,而是转为提高机器人的触觉能力。他们开发出了“接触检测算法”和“模型预测控制算法”,让机器人在接触地面的时候迅速判断出脚下所踩的材料是什么,并根据不同的材料做出相应的反应,提高了机器人的运动速度。

尽管速度得到提高,但在危险的野外作业环境下,人类五感中的任何一个起到的作用都非常关键。目前,就算是最先进的机器人也无法把人类的五感齐聚一体,拥有了视觉和触觉的机器人往往又会缺乏嗅觉,而这也相应地限制了机器人产业的落地进程。之前,科学家曾开发出一种具有嗅觉能力的机器人。当它通过某一片区域的时候,靠近地面的导管会将气味吸入LSPR传感器进行分析。在不同的气体成分中,金纳米粒子会产生不同的光吸收反应,快速探测出气味的成分。但是这种机器人能够识别的气味范围十分有限,目前仅能识别出乙醇分子的气味。而传统警犬的嗅觉,往往比人类强几百甚至上千倍。要用这类机器人代替警犬进行野外侦查工作,目前还难以实现。

形态学是个大问题,如何穿过狭小空间?

传统机器人(如“猎豹”机器人)大部分都是由金属和塑料等刚性材料制成的,具有功率大、精度高、性能稳定等优点。但是机器人的稳定性在遇到野外的恶劣环境后还能否保证就很难说了。在一些狭小的搜救空间中,我们很难想象一堆金属和钢筋水泥硬碰硬是怎样的场景。另外,传统机器人的关节部分多采用刚性部件,摩擦力较大,这导致了这类机器人的寿命会相对较短,因此应用成本很高。

目前想要用机器人侦查、搜救必须使它具备一定的变形能力,才能方便它在各种狭小空间下作业。而软体机器人恰好具备了这样的能力,可以在各种非结构化的环境下工作。而且软体机器人的柔韧性好、摩擦力小,可使用年限更长。

对于搜救、侦查这项工作而言,其实犬类的形态学构造可能并不是最完美的。美国加州大学伯克利分校的研究人员开发了一款外形酷似蟑螂的“铰链式可压缩机器人”CRAM。CRAM的外壳非常柔软,而且它有蟑螂那样独特的外形结构、行走方式和“打不死”的顽强生命力。研究人员设计的CRAM能迅速穿过窄至3毫米的空间,能承受高于体重900倍的压力仍毫发无损。也就是说,CRAM完全可以装配微型麦克风和摄像头帮助搜救队探测瓦砾中的具体情况,便于迅速找到被困人员。

让人去适应机器人,这个逻辑不对

人类是如何控制机器人的?让机器人按要求行动,它需要理解人类发出的指令。在绝大多数情况下,这意味着机器人需要学习复杂的人类语言或配备一个远程遥控设备。但如果把机器人大规模运用到野外侦查、搜救工作中,那么每个警察必须人手配备一个遥控设备,还必须谨防电池没电或语言不通。

因此,我们需要建立一套统一的人机交互系统。麻省理工学院的计算机研究所开发了一套可以依靠脑电波和手势控制机器人的系统。麻省理工学院首先收集人们看到机器人错误动作时发出的脑电波,然后让机器人学习识别这部分脑电波。当机器人意识到自己错了,便会根据人类的手势再次做出正确的反应。因此,当我们看着机器人的时候,我们所需要做的只是在精神上认可它的行为或反对它的行为,不必训练出一套适应机器人的行为方式,反过来说,机器人要去适应人类。

通过观察肌肉信号,机器人可以理解人的自然手势,这也会使得人类与机器人的交流更加接近人与人之间的交流。麻省理工学院的这一系统去掉了人类和机器人之间多余的连接设备,以人体本身作为操作中枢,让机器人主动理解人类的意图,而不是让人去适应机器人,这才能够称得上AI。真正的AI不是把事情变得更麻烦,而是把事情变得更简单。

目前,不管是在搜救、侦查还是大众消费领域,机器人的普及程度仍然不高,“炫技”“营销”这种标签还贴在机器人身上。只有解决了这些难题,机器人才会得到大众的认可。

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