我們?cè)?jīng)在無(wú)數(shù)的科幻電影里看到過(guò)各種機(jī)器人跟隨著主人公行走天下，特別是《星球大戰(zhàn)》里的禮儀機(jī)器人，可能是在當(dāng)時(shí)科技條件下能想象出的完美形態(tài)。然而現(xiàn)實(shí)生活中，機(jī)器人的形態(tài)卻總是不理想，要么是工業(yè)流水線(xiàn)上的一條機(jī)械臂，要么是只能在平地作業(yè)的履帶車(chē)。

 

　　機(jī)器人之所以被稱(chēng)為人，其類(lèi)人特質(zhì)尤其為人看重。人們總是想創(chuàng)造出一個(gè)自己的復(fù)制品，和自己一樣可以直立行走。最近幾年來(lái)，行走類(lèi)機(jī)器人的出現(xiàn)，讓人類(lèi)離這個(gè)目標(biāo)越來(lái)越近。

 

　　被人故意推倒

 

　　奔跑、攀登與負(fù)重，這些高難動(dòng)作對(duì)于四足機(jī)器人“大狗”來(lái)說(shuō)，已不是難事。“大狗”是美國(guó)波士頓動(dòng)力公司設(shè)計(jì)的一系列機(jī)器人之一。波士頓動(dòng)力是一家專(zhuān)門(mén)研究行走機(jī)器人的公司，于1992年從MIT剝離出來(lái)，公司的起家，是為美國(guó)軍方從事仿生機(jī)器人的研發(fā)工作。“大狗”機(jī)器人，就是這家公司的產(chǎn)品。2013年他們被Google收購(gòu)，今年又被轉(zhuǎn)手賣(mài)給了日本豐田公司。

 

　　“大狗”采用液壓驅(qū)動(dòng)，可以在各種地面行走，甚至冰面。當(dāng)遭遇側(cè)向沖擊時(shí)，可以迅速調(diào)整自身，甚至進(jìn)行跳躍，來(lái)恢復(fù)平衡狀態(tài)。這一套動(dòng)力學(xué)分析和控制的技術(shù)，到目前為止仍然是世界頂尖水平。該公司設(shè)計(jì)的另一款機(jī)器人——“獵豹”，速度達(dá)每小時(shí)40公里左右，也刷新了機(jī)器人奔跑速度世界紀(jì)錄。

 

　　“大狗”的大小幾乎相當(dāng)于一頭小騾子的體積，在它的機(jī)械腿上面有各種傳感器，包括關(guān)節(jié)位置和接觸地面的部位。它還有一個(gè)激光回轉(zhuǎn)儀以及一套立體視覺(jué)系統(tǒng)。“大狗”目前能夠以每小時(shí)5.3公里的速度穿越粗糙地形，還能爬行35度的斜坡。

 

　　不過(guò)，在波士頓動(dòng)力的另一款雙足人形機(jī)器人阿特拉斯面前，“大狗”還算不上驚艷。這款以希臘神話(huà)里大力神命名的機(jī)器人，刷新了人們對(duì)于機(jī)器人呆板、笨重的認(rèn)識(shí)。它身高近兩米、體重150千克，采用航空級(jí)鋁合金以及鈦制成，是一個(gè)讓人感到緊張的未來(lái)機(jī)器人。它能像人一樣行走，身體安裝了復(fù)雜的液壓臂和手，能夠以前所未有的精度與周?chē)h(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，比如在戶(hù)外行走、搬盒子、自主穩(wěn)定和自主站立。

 

　　根據(jù)波士頓動(dòng)力今年初公布的新一代阿特拉斯視頻，這款機(jī)器人目前已能夠做到在雪地上打滑后恢復(fù)平衡；被人故意推倒，自己爬起來(lái)。

 

　　走路越來(lái)越像人

 

　　首次看到“大狗”行走視頻的觀(guān)眾多少會(huì)有些震撼，這是因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)也具有了人類(lèi)身體的協(xié)調(diào)性和適應(yīng)性，畢竟目前機(jī)器人能像動(dòng)物一樣行走在各種路況下令人難以想象。這樣靈活的腳步背后，是液壓伺服控制系統(tǒng)提供的強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力。

 

　　在“大狗”之前，幾乎所有的機(jī)器人都是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。和“大狗”所采用的液壓缸驅(qū)動(dòng)相比，電機(jī)驅(qū)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)，接上電線(xiàn)就能轉(zhuǎn)，而帶來(lái)的問(wèn)題就是輸出功率小。比如，要帶動(dòng)同樣100千克的負(fù)載，液壓缸可能只需要一個(gè)鉛筆盒大小，而采用電機(jī)的話(huà)體積就跟“大狗”的軀干一樣大了。所以，采用液壓缸作為驅(qū)動(dòng)是增大行走類(lèi)機(jī)器人負(fù)載能力的關(guān)鍵。而在“大狗”之前還沒(méi)有人想到將液壓缸用在機(jī)器人上，因此“大狗”的出現(xiàn)具有開(kāi)創(chuàng)性的意義。

 

　　和“大狗”一樣，阿特拉斯也由液壓驅(qū)動(dòng)，整套動(dòng)力學(xué)分析和控制算法從“大狗”的相應(yīng)技術(shù)發(fā)展而來(lái)，并衍生出利用肢體揮舞來(lái)保持平衡的技術(shù)。

 

　　對(duì)于行走中的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，另一個(gè)難點(diǎn)就是步態(tài)控制，特別是不同行走速度下如何進(jìn)行步態(tài)的切換。比如人類(lèi)走路最關(guān)鍵的特點(diǎn)就是每走一步足部的轉(zhuǎn)動(dòng)方式，腳尖先推進(jìn)，然后腳后跟著地。

 

　　目前，絕大部分類(lèi)人機(jī)器人，包括阿特拉斯在內(nèi)，走路依靠的都是又大又平的腳掌，通過(guò)與地面的大面積接觸提供最大化的穩(wěn)定性，并且為了讓重心盡可能地位于它們巨大的腳掌之上，以防翻倒，因而在站立上也采用了非常機(jī)器人化的半蹲姿勢(shì)。

 

　　而美國(guó)喬治亞理工學(xué)院的研究員提供了另一種開(kāi)創(chuàng)性成果，他們?cè)O(shè)計(jì)的類(lèi)人形機(jī)器人DURUS的腳部設(shè)計(jì)得和人類(lèi)腳部形狀相同，足部拱起，還有腳跟，在穿上一雙運(yùn)動(dòng)鞋后，表現(xiàn)出與人類(lèi)走路類(lèi)似的姿態(tài)。

 

 

　　人形機(jī)器人最主要的好處是和人類(lèi)的行為兼容度極高。機(jī)器人直立行走后，可以解決工具的通用性難題?，F(xiàn)代社會(huì)以人為核心，設(shè)計(jì)制作了數(shù)不清的適合人的身體結(jié)構(gòu)用的工具。如果機(jī)器人以后都能用上這些工具，或許能推動(dòng)很多行業(yè)的發(fā)展。

 

　　試想，如果人形機(jī)器人的核心問(wèn)題比如能源動(dòng)力、平衡等可以解決，那在文明社會(huì)中凡是人能做的事情它都可以做，而如果換成輪式或履帶式，那比如爬沒(méi)有電梯的樓就會(huì)成問(wèn)題。這和動(dòng)物進(jìn)化適應(yīng)環(huán)境并沒(méi)差別，人形機(jī)器人是對(duì)現(xiàn)有人類(lèi)社會(huì)形態(tài)的終極適應(yīng)。

 

　　不過(guò)值得注意的是，波士頓動(dòng)力研究機(jī)器人的目的，最初是為美國(guó)軍方提供戰(zhàn)場(chǎng)輔助武器?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的一個(gè)趨勢(shì)就是在取得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的同時(shí)盡量減少人員傷亡，美國(guó)《未來(lái)學(xué)家》預(yù)測(cè)，到2020年戰(zhàn)場(chǎng)上的機(jī)器人數(shù)量將超過(guò)士兵的數(shù)量。

 

　　阿特拉斯的出現(xiàn)，讓人很容易就聯(lián)想到了未來(lái)機(jī)器人戰(zhàn)士乃至電影《終結(jié)者》的原型。未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人會(huì)不會(huì)像電影《終結(jié)者》預(yù)測(cè)的那樣，逐漸產(chǎn)生自我意識(shí)，變成殺人機(jī)器，成為人類(lèi)的終結(jié)者？

 

　　至少現(xiàn)在還不必?fù)?dān)心這個(gè)問(wèn)題，就像我們很難建造一種直接適應(yīng)自然環(huán)境的火車(chē)一樣，人形機(jī)器人要想成功，路還很長(zhǎng)，因?yàn)樗枰c人的智慧相當(dāng)?shù)闹悄芎统志霉?yīng)的能量，否則不足以在復(fù)雜多變的環(huán)境中完成長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)。