人們總是想創(chuàng)造出一個自己的復制品，和自己一樣可以直立行走。最近幾年來，行走類機器人的出現(xiàn)，讓人類離這個目標越來越近。
雙足人形機器人阿特拉斯的出現(xiàn)，讓人很容易就聯(lián)想到了未來機器人戰(zhàn)士乃至電影《終結(jié)者》的原型。未來戰(zhàn)場機器人會不會像電影《終結(jié)者》預測的那樣，逐漸產(chǎn)生自我意識，變成殺人機器，成為人類的終結(jié)者?
我們曾經(jīng)在無數(shù)的科幻電影里看到過各種機器人跟隨著主人公行走天下，特別是《星球大戰(zhàn)》里的禮儀機器人，可能是在當時科技條件下能想象出的完美形態(tài)。然而現(xiàn)實生活中，機器人的形態(tài)卻總是不理想，要么是工業(yè)流水線上的一條機械臂，要么是只能在平地作業(yè)的履帶車。
機器人之所以被稱為人，其類人特質(zhì)尤其為人看重。人們總是想創(chuàng)造出一個自己的復制品，和自己一樣可以直立行走。最近幾年來，行走類機器人的出現(xiàn)，讓人類離這個目標越來越近。
被人故意推倒還能自己爬起來
奔跑、攀登與負重，這些高難動作對于四足機器人“大狗”來說，已不是難事。“大狗”是美國波士頓動力公司設計的一系列機器人之一。波士頓動力是一家專門研究行走機器人的公司，于1992年從MIT剝離出來，公司的起家，是為美國軍方從事仿生機器人的研發(fā)工作。“大狗”機器人，就是這家公司的產(chǎn)品。2013年他們被Google收購，今年又被轉(zhuǎn)手賣給了日本豐田公司。
“大狗”采用液壓驅(qū)動，可以在各種地面行走，甚至冰面。當遭遇側(cè)向沖擊時，可以迅速調(diào)整自身，甚至進行跳躍，來恢復平衡狀態(tài)。這一套動力學分析和控制的技術(shù)，到目前為止仍然是世界頂尖水平。該公司設計的另一款機器人——“獵豹”，速度達每小時40公里左右，也刷新了機器人奔跑速度世界紀錄。
“大狗”的大小幾乎相當于一頭小騾子的體積，在它的機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。它還有一個激光回轉(zhuǎn)儀以及一套立體視覺系統(tǒng)。“大狗”目前能夠以每小時5.3公里的速度穿越粗糙地形，還能爬行35度的斜坡。
不過，在波士頓動力的另一款雙足人形機器人阿特拉斯面前，“大狗”還算不上驚艷。這款以希臘神話里大力神命名的機器人，刷新了人們對于機器人呆板、笨重的認識。它身高近兩米、體重150千克，采用航空級鋁合金以及鈦制成，是一個讓人感到緊張的未來機器人。它能像人一樣行走，身體安裝了復雜的液壓臂和手，能夠以前所未有的精度與周圍環(huán)境進行互動，比如在戶外行走、搬盒子、自主穩(wěn)定和自主站立。
根據(jù)波士頓動力今年初公布的新一代阿特拉斯視頻，這款機器人目前已能夠做到在雪地上打滑后恢復平衡；被人故意推倒，自己爬起來。
走路越來越像人機器人咋做到的
首次看到“大狗”行走視頻的觀眾多少會有些震撼，這是因為機械結(jié)構(gòu)也具有了人類身體的協(xié)調(diào)性和適應性，畢竟目前機器人能像動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)提供的強大的驅(qū)動能力。
在“大狗”之前，幾乎所有的機器人都是由電機驅(qū)動的。和“大狗”所采用的液壓缸驅(qū)動相比，電機驅(qū)動易于實現(xiàn)，接上電線就能轉(zhuǎn)，而帶來的問題就是輸出功率小。比如，要帶動同樣100千克的負載，液壓缸可能只需要一個鉛筆盒大小，而采用電機的話體積就跟“大狗”的軀干一樣大了。所以，采用液壓缸作為驅(qū)動是增大行走類機器人負載能力的關(guān)鍵。而在“大狗”之前還沒有人想到將液壓缸用在機器人上，因此“大狗”的出現(xiàn)具有開創(chuàng)性的意義。
和“大狗”一樣，阿特拉斯也由液壓驅(qū)動，整套動力學分析和控制算法從“大狗”的相應技術(shù)發(fā)展而來，并衍生出利用肢體揮舞來保持平衡的技術(shù)。
對于行走中的機器人來說，另一個難點就是步態(tài)控制，特別是不同行走速度下如何進行步態(tài)的切換。比如人類走路最關(guān)鍵的特點就是每走一步足部的轉(zhuǎn)動方式，腳尖先推進，然后腳后跟著地。
目前，絕大部分類人機器人，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器人化的半蹲姿勢。
而美國喬治亞理工學院的研究員提供了另一種開創(chuàng)性成果，他們設計的類人形機器人DURUS的腳部設計得和人類腳部形狀相同，足部拱起，還有腳跟，在穿上一雙運動鞋后，表現(xiàn)出與人類走路類似的姿態(tài)。
機器人是否會成為人類終結(jié)者
人形機器人最主要的好處是和人類的行為兼容度極高。機器人直立行走后，可以解決工具的通用性難題。現(xiàn)代社會以人為核心，設計制作了數(shù)不清的適合人的身體結(jié)構(gòu)用的工具。如果機器人以后都能用上這些工具，或許能推動很多行業(yè)的發(fā)展。
試想，如果人形機器人的核心問題比如能源動力、平衡等可以解決，那在文明社會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，那比如爬沒有電梯的樓就會成問題。這和動物進化適應環(huán)境并沒差別，人形機器人是對現(xiàn)有人類社會形態(tài)的終極適應。
不過值得注意的是，波士頓動力研究機器人的目的，最初是為美國軍方提供戰(zhàn)場輔助武器?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭的一個趨勢就是在取得戰(zhàn)爭勝利的同時盡量減少人員傷亡，美國《未來學家》預測，到2020年戰(zhàn)場上的機器人數(shù)量將超過士兵的數(shù)量。
阿特拉斯的出現(xiàn)，讓人很容易就聯(lián)想到了未來機器人戰(zhàn)士乃至電影《終結(jié)者》的原型。未來戰(zhàn)場機器人會不會像電影《終結(jié)者》預測的那樣，逐漸產(chǎn)生自我意識，變成殺人機器，成為人類的終結(jié)者?
至少現(xiàn)在還不必擔心這個問題，就像我們很難建造一種直接適應自然環(huán)境的火車一樣，人形機器人要想成功，路還很長，因為它需要與人的智慧相當?shù)闹悄芎统志霉哪芰?，否則不足以在復雜多變的環(huán)境中完成長時間作業(yè)。
