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深度技术帖

发布日期:2016/3/4 5:29:12 浏览:2414

这两天微信朋友圈被谷歌的Atlas机器人视频刷屏了。大家纷纷惊叹身高1.75m的Atlas搭配灵活小短腿,健步如飞,搬砖不含糊,被“歹毒”的研究员捅倒还能坚强地爬起来,无论是略带踉跄的踏雪步态,还是左手右手一个慢动作的开门方式,都已经十分接近人类,甚至足以引起“恐怖谷效应”。

所谓外行看热闹,内行看门道。视频看个热闹也很容易,但到底这个Atlas牛逼在哪里,技术上是在什么地方有突破,相比其他的主流机器人有什么区别。于是我们学习研究了IEEE采访BostonDynamics创始人的原文,全球主流机器人的历史与对比分析,还查阅了一些学术论文。我们作为外行(虽然曾经读书时学过一点,已经都还给老师了),也希望能帮大家看出点门道来。

这篇1.2万字的随笔,是我们自开设星际随笔系列以来最长的一篇了(刷新了系列9那篇分析谷歌围棋的随笔的字数)。为了节约大家时间,还是先预告一下本文包含的内容:

1.目前产业界机器人的科技树点到哪了,Atlas处于什么位置

2.研发Atlas的BostonDynamics公司之前折腾过些啥,为啥他喜欢研发Atlas这样的机器人

3.为什么Atlas的表现让人惊讶,从技术上说它有哪些突破

4.双足走路的Atlas有什么应用场景吗?难道就是为了情怀或者娱乐民众的么?

5.盘点一下全球具有代表性的机器人,当前的全球的格局,中国的位置。

正文

感觉谷歌最近是炒作黑科技主题的最大庄家(紧随其后的是小札和小贝)。前不久谷歌人工智能刚刚在围棋上战胜了欧洲冠军樊麾,又马上抛出了Altas机器人这个重磅。人工智能与机器人的发展再次让科技界人士和民间科技爱好者(例如本人)震惊。

机器人技术比赛

1在正式开始谈Atlas之前,我们先来看看目前机器人的科技树点到哪了

广义上看,国际机器人联合会按照应用场合,将机器人分为两类:工业机器人和服务机器人。

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工业机器人是“一种应用于工业自动化的,含有三个及以上的可编程轴的、自动控制的、可编程的、多功能执行机构,它可以是固定式的或移动式的”。工业机器人目前技术已经较为成熟,在很多行业大规模使用,下面这些就是常见的工业机器人。

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咦,说好的机器“人”呢?

事实上,工业机器人主要模仿人的腰部、手臂等功能,结构相对简单,运动路径也较为固定,智能化程度不高。那些只有个位数自由度的传统工业机器人或许只能称为智能化程度稍高的机械,离我们所预期的机器人还有很远的距离。从科技树的角度看,目前大规模投入使用的传统工业机器人进化程度大约在“帮助人”和“部分替代人”之间,进化程度还很原始。

而服务机器人则是“一种半自主或全自主工作的机器人,它能完成有益于人类健康的服务工作,但不包括从事生产的设备”。服务机器人更接近于我们理解中狭义上的机器人,主要从事维护保修、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作,拥有视觉、语音等复杂的以实现类人的信息交互功能。与工业机器人产业规模基本完备不同,服务机器人大部分还处于技术研发阶段,进化程度在“部分替代人”和“完全替代人”之间。

在朝“完全替代人”这一目标前进的路上,研究者又从行走、奔跑、机器视觉、人工智能分析判断、仿生学等方面谋求突破,路径大致可以分为两种:智能提升和机械运动提升。

智能提升,主要从感知、思考、行动能力等方面提升机器的人工智能。

比如现在流行的情感陪伴型机器人,就应用到了人脸识别、语言识别、自然语言处理等多种技术,这类机器人并不一定在外表和硬件上追求与人类的相似度,而是通过软件,希望机器可以像人类那样思考和行动。

例如家用机器人BUDDY,省去了四肢,只有面部一块大大的屏幕,但它能识别面部表情,自己也能在屏幕上显示表情,能识别部分自然语言,会撒娇会卖萌,会讲故事,虽然在外形上和人类相去甚远,但一定让你觉得倍感亲切。而之前随笔中提到的谷歌人工智能AlphaGo,并没有具体的人类形态,但其AI在模仿并超越人类思维方面前进了一大步。

有了聪明的大脑,还需要有强健灵活的身体,机械运动提升正是为了做到这一点。目前致力于提升机械运动的机器人大多有着和人类或某种生物很相似的外表,机体灵活度较高,运动方式也和生物有共同之处。

当然,在未来,这两条路线必然会合二为一。我们熟悉的那些科幻作品里的机器人,哪个不是高智商 强大身体素质(即使是暖男大白在后期也被改造成钢铁战士了)。

有的长得。。。比较抽象。但不妨碍他们有高度智能化的“大脑”,坚固稳定的结构,灵活敏捷的移动方式,还可以调节诚实度,会卖萌。

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他们中有的还拥有和人类一模一样的外形,难辨真假,但更加强大冷酷。(这部分感觉在可见的未来还只是科幻)

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甚至还有一些机器人进化出了人类的情感。这也算是机器人进化的终极了吧。

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2研发Atlas的BostonDynamics公司之前折腾过些啥,为啥他喜欢研发Atlas这样的机器人

扯远了,继续回到主题。我们已经知道机器人进化之路目前大致分为智能提升和机械运动提升两种,而开发本文主角——Atlas的BostonDynamics公司,就是机器人机械运动领域中的翘楚。

“Ourlong-termgoalistomakerobotsthathavemobility,dexterity,perceptionandintelligencecomparabletohumansandanimals,orperhapsexceedingthem;thisrobotisastepalongtheway.”—MarcRaibert,BostonDynamics

“我们长期致力于创造一种机器人,它可以拥有像人类或动物一样,或在其之上的灵活、机动、感知力和智能,这一理念从24年前公司创立之初保留至今。新版Atlas是我们朝着这一目标前进路上的一步。”当BostonDynamics公司创始人兼主席MarcRaibert在25日接受IEEESpectrum采访,被问及为何要开发Atlas平衡机器人时,他如此回答。

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BostonDynamics成立于1992年,创始人为美国国家工程院成员MarcRaibert和他的同事,2013年12月,BostonDynamics被科技巨头Google收购。

值得一提的是,在收购之前,BostonDynamics是一家替美国国防部研发军用机器人的公司,比如,与美国国防机构研究计划局(DARPA)签订的一项价值1080万美元的合同。对此,Google表示,尽管不打算成为一家军事承包商,但仍会让BostonDynamics继续它所签订的军方合同履行协议。

从成立自今,BostonDynamics研发出多款机器:机器马LS3、机器大狗BigDog、机器小狗LittleDog、机器豹子Cheetah、机器野猫WildCat、机器人Atlas和Petman、跳蚤机器SandFlea、沼泽机器RHex、爬墙机器RiSE等。这些机器人各有特色:

翻山越岭如履平地的机器马LS3:负重400磅,在恶劣环境运输物资。

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机器豹子Cheetah:保持着最快有足机器人的记录,最高时速可达29英里(快过闪电博尔特)。

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跳蚤机器SandFlea:重11磅,能跳30英尺(9.144米),这个高度可以翻墙了。其身上还携带一个摄像头用于拍摄。

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沼泽机器RHex:用于沼泽地或者潮湿的天气,身上携带具备红外功能的摄像头。

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机器大狗BigDog:美国军队研究设计,与真狗一般大小,为士兵运送弹药、食物和其他物品。

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可以发现,BostonDynamics有着深刻的军工烙印。公司设计的机器人,大都偏向于StrongandPowerful,行动有力而平稳,适应恶劣环境。

3接下来说一下为什么Atlas的表现让人惊讶

双足机器人的运动稳定性一直是学术界研究的难题。早在50年前,伟大的机器人小说家阿西莫夫就曾预言:两足运动的“不平衡控制”是机器人研究真正的挑战。事实的确如此。

在机器人运动领域,很少有人专注于与双足动态平衡研究,目前很多机器人设计多是采取轮式或是干脆让它在那儿不动,即使是开发Atlas的BostonDynamics公司,也曾在长达数年时间内研究机器狗,即四足平衡。公司设计的大狗BigDog机器人一度被认为将成为战争载重利器,然而在一场大型实地试验中,由于“太吵,会暴露目标”遭到美军陆战队嫌弃。随后就有了圣诞节的拉雪橇小狗Spot,小狗Spot相对轻盈安静,仍保留了踢

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