笨拙地追求完美步行機器人

為什麼製造步行機器人如此困難?

傑瑞·普拉特在影片監視器上看到了天空,就知道自己搞砸了。天空——南加州六月下午在波莫納一如既往的藍色天空,距離洛杉磯以東約 30 英里——不是問題。問題是,只有一個理由能在連線到一臺非常昂貴、非常複雜的人形機器人頭部的攝像機監視器上看到天空。機器人“奔跑者”本應敏捷地踏上一小堆煤渣磚,卻仰面朝天地摔倒了。

普拉特沒有看到摔倒發生,但在 2015 年 DARPA 機器人挑戰賽 (DRC) 賽道周圍聚集的機器人專家、記者和觀眾看到了。普拉特和他在佛羅里達人類與機器認知研究所 (IHMC) 的合作者來到這裡,與另外 24 支隊伍競爭 200 萬美元的獎金。此刻,“奔跑者”僵住了,它的右腿像喜劇演員摔跤後的姿勢一樣朝天豎起,等待聽到導演喊“咔! ”然後重力重新發揮作用,機器人的臀部和軀幹晃到一邊,腿部的死重慢慢地垂到路面上。它細長的手臂平攤開來,像雪天使一樣。

這不是普拉特和他的夥伴們想要的結果。他們和其他隊伍,包括來自卡內基梅隆大學和麻省理工學院等頂級機器人實驗室的競爭者,來到這裡是為了展示他們的機器人可以做一些大多數健全的人類認為理所當然的簡單事情——比如開門、駕駛機動車輛、操作手動工具和用兩條腿走路。在 60 分鐘或更短的時間內,DRC 參賽者必須駕駛、操縱和離開一輛小型類似吉普車的車輛,開啟一扇關閉的門並進入建築物,清理走廊中的碎片或穿過一堆亂七八糟的煤渣磚,拿起電動工具並用它切穿一塊石膏板,轉動一個大型金屬閥門並登上一個短樓梯。許多機器人至少完成了其中的幾項壯舉,但它們也摔倒了。很多次。該賽事最持久的鏡頭註定會成為機器人像醉酒的大學生一樣翻倒的精彩片段;在 YouTube 上,它已被觀看 180 萬次,並且還在增加。


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在比賽結束後六個月,回到他在佛羅里達州彭薩科拉的實驗室,普拉特回憶起這次賽事,並向任何擔心人形機器人起義的人保證。“走路,”他說,“很難。”

蹣跚學步

走路確實很難——只需觀察一個兩歲以下的兒童,或者與任何因受傷後正在接受物理治療以恢復這項技能的人交談。但是為什麼這麼難呢?畢竟,我們的物種已經用雙足行走了數十萬年;其他雙足動物,如鴕鳥,已經行走了數百萬年。“人們有一種直覺,如果嬰兒會走路,那一定很容易,”康奈爾大學機械工程學教授安迪·魯伊納說,他自 1992 年以來一直在研究腿式運動並設計步行機器人。“但是嬰兒可以做各種我們仍然不理解的事情。”

嬰兒在掌握走路方面遇到的困難可以用一個詞概括:敏捷性。邁步、平衡、保持動量、糾正錯誤、適應地形——這些複雜的行為中的每一個對於雙足運動都是必要的,但又是不充分的。即使稍微降低其中任何一個,大多數健康成年人認為理所當然的流暢的行走行為也會很快變得笨拙、脆弱且令人疲憊。

生物敏捷性表現出相反的特徵。首先,它是受控的:我們使用感官自信可靠地找到立足點。其次,它是穩健的:大多數時候我們可以適應意外並從錯誤中恢復。第三,走路是高效的:它不需要花費不適當的時間、精力和注意力來例行執行。換句話說,生物體應該能夠同時走路和嚼口香糖。

成年人類憑藉數百萬年的進化(更不用說生命早期幾年的持續練習)磨練出的輕鬆自如地完成了這三項任務。我們使用視覺、觸覺和本體感覺來學習控制和平衡。我們的反射確保我們不會在每次遇到意外的小卵石時都栽倒在地,而堅硬的骨骼和周圍的柔韌組織可以防止大多數跌倒。最後,我們的每一步都是機械效率和計算效率的交響曲:我們的肌肉和肌腱可以在前一刻被動地吸收衝擊,並在下一刻主動產生推進力,而我們的脊髓則維持週期性的運動模式,使我們的腿朝著正確的方向移動,而我們的大腦則專注於更重要的事情。

這就是機器人行走“困難”的原因:尚無人形步行機器人被設計成能夠像人類——或者雞——那樣好地結合控制、穩健性和效率。本田著名的宇航員臉型機器人 ASIMO 精確計算每一步所需的力、軌跡和動量:一種以控制為中心的方法。波士頓動力公司,其病毒式傳播的影片展示了其下一代 Atlas 人形機器人在雪地森林中徒步旅行,並在摔倒後自行站起來,強調穩健性:速度和平衡高於規劃和精確度。(“奔跑者”和幾位其他 DRC 參賽者是由 Atlas 機器人改裝而來的。)佐治亞理工學院的機器人研究員艾倫·D·埃姆斯正在研究一種名為 DURUS 的無頭、無臂雙足機器人,他用密集的數學方程指定了機器人身體中每一個可能的自由度,如果寫出來,每個方程都會佔據數百頁。俄勒岡州立大學的機械工程師喬納森·赫斯特基於一個通用物理模型構建了一個相對簡單的機器人 ATRIAS,該模型也描述了地面奔跑鳥類的行為。儘管方法不同,但埃姆斯和赫斯特都對同一件事感興趣:效率。混合策略也存在。普拉特的“奔跑者”在 DRC 中獲得第二名,他使用了一種稱為捕獲點的方法,將類似 ASIMO 的控制與波士頓動力公司風格的穩定性相結合。每種方法都有其優點,但沒有一種能夠像成年人走路那樣模仿效率、靈活性、速度和精確度。

人們很容易說工程師不應該費心嘗試。畢竟,韓國科學技術院 (KAIST) 的首席機器人專家吳俊鎬贏得 200 萬美元 DRC 一等獎的原因不是因為在步行方面勝過競爭對手,而是儘可能避免腿式運動。(該機器人配備了膝蓋和腳上的輪子,使其能夠在跪姿狀態下穩定地在大部分賽道上滾動。)萊特兄弟發明飛機也不是透過盲目地模仿鳥翼的拍動方式。

然而,有充分的理由說明製造步行機器人的願望經久不衰。最明顯的應用與泥人的傳說一樣古老:更強大、更好的類人身體可以完成被認為太困難、危險或單調乏味的任務,人們不願意用自己的身體冒險。DARPA 機器人挑戰賽本身旨在模擬 2011 年日本福島第一核電站的核洩漏事故。如果機器人能夠駕駛進入核電站,穿過一些樓梯或充滿碎片的走廊,並轉動一些閥門或開關,這場災難或許可以得到緩解。災難響應只是其中一個應用。辦公室遠端呈現和家庭協助、包裹物流和配送、安全巡邏和安全監控以及資源勘探和開採都可能透過人形機器人得到增強或自動化。“我不知道有什麼現有的生物或機械形式比人形更適合陸地運動,”普拉特說。

在佛羅里達人類與機器認知研究所 (IHMC) 的建立者實驗室中,“奔跑者”攀爬樓梯 (1) 並開啟門 (2),這兩項任務都來自 DARPA 機器人挑戰賽。IHMC 的約翰·卡夫在比賽中指導“奔跑者”;在這裡,他操作實驗室的控制檯 (3)。
傑夫·威爾遜

機器人雙足行走的間接好處也可能非常顯著。埃姆斯說,構建能夠捕捉人類運動全方位範圍的機器人系統將幫助我們理解行走本身。“如果你能讓機器人像人一樣走路,你就能幫助很多不能走路的人,”他說。

人形雙足機器人的承諾反映了人工智慧的承諾:無限的通用性。如果人工智慧是終極思維機器,那麼人形機器人可能會成為終極“做事機器”——一種真正的通用元工具,能夠到達並執行在不可預測的環境中,同時利用我們已經發明的所有有用的裝置。“擁有人形機器人的唯一理由是擁有通用機器人,”吳俊鎬說。“雙足機器人並非在所有地方都是必要的。但在某些地方是必要的。我們正在為這些情況做準備。”

完全控制

普拉特的 IHMC 機器人實驗室看起來像是獨立創客空間與小型軟體初創公司的結合體。兩位年輕的研究人員踩著腳輪板在開放式辦公區周圍滑行,互相發射 Nerf 槍。一個雜亂的、機庫式的工作空間內設有一個 DRC 賽道的複製品和一個大型金屬龍門架。“奔跑者”像一側牛肉一樣懸掛在龍門架上:四肢鬆弛,板狀腳向下傾斜,腳趾幾乎接觸到水泥地面。實驗室經驗最豐富的機器人操作員約翰·卡夫啟動了“奔跑者”的校準程式。機器人仍然懸掛著,開始將手臂和腿抬起到一個精確的姿勢,就像列奧納多·達·芬奇的《維特魯威人》一樣。

靠在龍門架旁邊的柱子上是一根長長的白色管子,一端用膠帶粘著一個微型紅色 Everlast 拳擊手套。它代表了當機器人處於活動狀態時,人們應該與“奔跑者”保持的最小安全距離。“我們有一個官方的‘10 英尺杆’,”普拉特解釋說,同時一個電動滑輪將“奔跑者”的腳降到地面。一根粗大的電纜為這個重達 386 磅的人形機器人的液壓驅動器提供 10 千瓦的電力。“這大約相當於 12 匹馬的力量在其血管中奔騰,”普拉特說。“如果出了問題,它打到你的臉,可能會殺了你。”

當普拉特和卡夫讓“奔跑者”完成它在 DRC 上完成的一些動作時——單腳平衡、朝著煤渣磚走幾步、踏上磚塊並下來——它看起來既令人生畏又令人不安地脆弱。它龐大的軀幹包裹在一個帶襯墊的金屬防滾架中,在膝蓋彎曲的錐形腿上保持平衡,使機器人顯得負擔沉重、頭重腳輕。它的推力恢復軟體目前未安裝,因此像樣的推力可能會使其傾倒(儘管連線到龍門架的安全帶會抓住它)。它的移動速度緩慢而蹣跚,就像一位老人引導著助行器穿過交通路口。但它的步伐是穩健的:當“奔跑者”將其相當大的體積推到煤渣磚頂部時,安全帶明顯鬆弛。

普拉特用於規劃“奔跑者”步態的方法稱為捕獲點,指的是雙足動物的腳必須到達地面上的位置才能阻止其身體摔倒。當有人快速邁步或跑步時,每一步的捕獲點不需要提前精確確定,因為雙足動物在邁出下一步之前平衡的時間相對較短。然而,當一個人緩慢行走或跨過不平坦的地形時,“每一步的落腳點都更加關鍵,”普拉特解釋說。“如果你偏離了幾英寸,你就會搖搖晃晃地到處亂晃。”

想象一下用石頭過河而不會掉進去。一種方法是快速“向前倒”一步一步地大致落在石頭上的正確位置,以保持你的平衡和軌跡。另一種方法是緩慢而小心地移動,將你的腳放在恰到好處的位置,以便在每一步安全地轉移你的體重。

普拉特認為,“奔跑者”即時感知自身在空間中的位置的能力——透過骨盆中的慣性測量單元和每秒重新計算平衡和方向 1,000 次的軟體來實現——遠遠超過人類。但是人類擁有的而“奔跑者”沒有的是輕便、靈活的肢體,能夠快速移動以糾正飛行中的錯誤或干擾。普拉特描述了他和兒子們玩的一個遊戲,這個遊戲清楚地表明瞭這一點。“我們會在街上走,突然我會大喊‘推力恢復!’並推他們一把,”他笑著說。如果普拉特對“奔跑者”開同樣的玩笑,即使它擁有精密的推力恢復程式和 12 馬力的液壓關節,機器人也很可能會直接摔倒在地。

人體優於機器人的另一個優勢是跌倒後能夠重新站起來——或者至少,不會摔成碎片。“你降落在大型重金屬部件上,因此很難製造出能夠經受住跌落的東西,”普拉特說。

因此,如果 DRC 上的雙足機器人走路更像緊張、虛弱的老人,而不是可怕、敏捷的終結者,那是因為它們的身體迫使它們這樣做。“[工程雙足機器人] 的瓶頸根本不是計算能力。而是硬體,”普拉特說。“如果我們能夠用具有與肌肉相同屬性的東西製造機器人”——一種輕便、節能的驅動器,能夠像強大的電機一樣工作,同時又像被動彈簧一樣工作——“我認為它會非常好。”

彈簧-質量模型

赫斯特的步行機器人 ATRIAS 像蝙蝠一樣瞎,像石頭一樣笨。它甚至沒有頭——只有一根金屬桿從其箱形黑色胸腔中伸出,赫斯特和他的研究生用它來引導機器人在俄勒岡州立大學的格拉夫大廳像一隻斬首的機械雞一樣昂首闊步。然而,儘管存在這些明顯的缺陷,ATRIAS 卻可以完成一項令人驚訝的類人壯舉,這是 DARPA 比賽中任何路徑規劃、捕獲點計算的雙足機器人都無法做到的:它可以絆倒意外的障礙物,並繼續行走,彷彿什麼也沒發生過。與大多數雙足人形機器人蹣跚的步法相比,ATRIAS 就像吉恩·凱利表演《雨中曲》。

“我們將這款機器人設計為一種科學工具,目的只有一個:研究步行背後的基本原理,”赫斯特說。換句話說,不要指望看到 ATRIAS 像鴕鳥一樣闖入未來的任何災難現場。但如果他對雙足步行的理解是正確的,我們可能不必等待有人發明人造肌肉,機器人就能像動物一樣穩健高效地行走。

ATRIAS 代表“假設機器人是一個球體”,這是一個物理學界的玩笑,基本上意思是“保持簡單,笨蛋”。它的行為基於一種關於腿式運動的數十年曆史的理論,稱為彈簧-質量模型。根據該模型,描述由骨骼、肌肉和肌腱組成的步行者所需的所有變數都可以抽象為僅兩個要素:連線在單個點上的身體質量和一個配備彈簧的無質量(在現實世界中,儘可能輕)腿。

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來源:“DYNAMIC MULTI-DOMAIN BIPEDAL WALKING WITH ATRIAS THROUGH SLIP BASED HUMANINSPIRED CONTROL”,作者:AYONGA HEREID 等人,《第 17 屆混合系統國際會議:計算與控制論文集》;2014 年 4 月。Brown Bird Design 插圖

彈簧-質量模型只不過是一個頂部帶有重物的計算機控制的彈簧杆。但該模型為機器人腿式運動的工程設計提供了數十年的資訊,其中最著名的是麻省理工學院腿實驗室,創始人兼首席研究員馬克·雷伯特在 20 世紀 80 年代末和 90 年代初對跳躍和奔跑機器人進行了開創性的研究,之後離開學術界創立了波士頓動力公司。(赫斯特和普拉特在創立各自的腿式機器人實驗室之前也曾在腿實驗室工作過。)

彈簧-質量模型很重要,因為它為步行的一個重要特徵——動態穩定性——提供了基礎之一。動態穩定的步行機器人以與人類相同的方式保持平衡:透過在每一步中抓住自己,防止自己摔倒。如果幹擾或錯誤中斷了它的步幅,並且步行者無法及時糾正步態以支撐其質心,則步行者將摔倒。“人類的質心離地面約 [三英尺],這意味著你必須在不到三分之一秒的時間內將腿擺放到位,以避免嚴重摔倒,”普拉特解釋說。

與此同時,靜態穩定性採取了相反的方法:它不是維持受控摔倒的狀態,而是將步行“視為靜止站立的擾動”,魯伊納說。每一步的路徑和動量都必須預先精確計算,以便機器人的質心在其步幅的每一點都保持持續平衡。早期的人形雙足機器人使用靜態穩定的行走方式,使機器人的剛性肢體更易於控制,並允許它們——至少在理論上——在任何時候凍結在半步中而不會摔倒。當代人形機器人,包括參加 DRC 比賽的機器人,仍然使用這種方法的變體,稱為準靜態穩定性,這需要類似的有意的、平腳的步法來保持平衡。

準靜態雙足步行者需要大量的耗能驅動器和計算能力來控制其僵硬、屈膝的步態——而且它仍然非常容易受到干擾。但是,基於彈簧-質量模型的動態穩定雙足機器人,如 ATRIAS,將其大部分工作解除安裝到其腿部與地形之間自然發生的物理相互作用中。“如果你在崎嶇不平的地面上行走,你可以將腿擺出去,隨意放下,它會自動適應它遇到的任何東西,”普拉特解釋說,他在 20 世紀 90 年代末在麻省理工學院腿實驗室設計雙足機器人時也利用了類似的動力學。

當與強大的髖部電機和可以被動擺動(無需電機推動)的腿部結合使用時,彈簧-質量模型可以產生一種高效的步態,這種步態在受到干擾時具有驚人的彈性。赫斯特使用“類似動物的效能”一詞來描述 ATRIAS 步態的節能性和敏捷性的結合。事實上,當他跟蹤機器人的運動並隨著時間的推移繪製資料時,得到的曲線與人類和幾種地面行走鳥類的曲線非常吻合。

赫斯特說,這種對應關係意味著他用來設計 ATRIAS 身體和行為的物理學原理可能與自然雙足行走的一些基本原理相同。“我們沒有對 ATRIAS 進行任何生物模仿,”他斷言。“它的腿看起來一點也不像雞或人的腿。但我們看到的行走模式在底層是相同的。這告訴我我們找到了一些東西——而且它可能不需要更快的驅動器或更多的計算。”

邊走邊適應

吳俊鎬的 DRC-Hubo+ 可能在 DARPA 機器人挑戰賽中贏得了 200 萬美元的一等獎,但環顧吳俊鎬的實驗室證明,他的成功並非一蹴而就。HuboLab 坐落在韓國大田市 KAIST 校園內一個像掩體一樣的工作室中,裝飾著吳俊鎬在過去 15 年中逐步改進的人形機器人的過時迭代版本。

它們像過時的西裝一樣懸掛在小型龍門架上:最初的 Hubo 設計,一個兒童大小的 ASIMO 複製品,是吳俊鎬在 2004 年被韓國政府拒絕資助後,利用同事研究預算的剩餘物資拼湊而成的;一個確實在吳俊鎬成功證明概念後獲得資助的版本,其灰色外殼現在被剝去,其金屬內臟像機器人人體世界展覽一樣暴露出來;一個黑色的、無頭的 Hubo 原型,吳俊鎬建造它是為了壓力測試他的最新設計,以應對 DARPA 模擬災難場景的嚴酷考驗。DRC-Hubo+ 本身更像是一個真人大小的 GoBots 玩具,閃閃發光的紅色和藍色裝飾點綴在其纖細、幾何、拉絲鋁製機身上。與那個玩具非常相似,Hubo 的秘密武器不是大腦或力量,而是以令人驚訝的方式改變其人形形狀的能力。

吳俊鎬舉止愉快,略帶古怪。他很樂意表演一番——尤其是在收到 DARPA 的 200 萬美元支票之後。二月初的一天,吳俊鎬和他的研究生為來訪的法國技術官僚代表團、KAIST 校長和一位韓國軍方官員進行了 Hubo 演示。前一週,他陪同 Hubo 出席了在瑞士達沃斯舉行的世界經濟論壇會議。

鑑於 Hubo 的讚譽和名氣,人們可能會認為吳俊鎬對他的機器人的步行能力充滿信心。相反,他興高采烈地講述了 Hubo 在 DRC 準備階段摔倒的頻率——“大約每月一次,但大多數情況下損壞並不嚴重,”他說——並公開承認他的獲勝策略取決於儘可能避免雙足運動。“如果步行在實驗室中 99% 的時間都有效,那麼現實中的 1% 總是出現問題的地方,”吳俊鎬說。

吳俊鎬最初打算讓 Hubo 像“奔跑者”一樣走過 DRC 賽道。但在測試過程中遇到反覆困難後,鄭虎李——一位機器人專家,也是 Rainbow 的聯合創始人,Rainbow 是 HuboLab 的一家衍生公司,負責將該機器人及其技術商業化——說服吳俊鎬採取更保守的策略。吳俊鎬沒有將他們的機會押在 Hubo 不完美的步行上,而是提出了他稱之為“多模式移動性”的解決方案。另一個想到的詞是“任何有效的方法”。

本質上,吳俊鎬將 Hubo 變成了一個變形金剛。在平坦的地面上,機器人摺疊成跪姿,並依靠固定在其膝蓋和腳上的輪子四處行駛。Hubo 的軀幹也可以獨立於其骨盆旋轉,這使得機器人能夠將自己扭轉到可以最大限度地提高其有效性的巧妙位置。例如,當面對 DRC 充滿碎片的走廊時,Hubo 沒有浪費時間——或冒著跌倒的風險——透過從直立位置手動移除障礙物。相反,它跪在輪子上,將上半身旋轉 180 度,並使用其腳底的平面——現在“向前”——作為衝壓器,當它快速安全地向前滾動時,將碎片推出其路徑。

吳俊鎬的獨創性創造了一種腿式人形機器人,其效能結合了精確性、穩健性和效率,同時又忠實於 DRC 規則的字面意義。但是它的精神呢?這取決於你問哪位機器人專家。“我不喜歡那樣,”佐治亞理工學院的埃姆斯談到 Hubo 的變形時說。(他的 DURUS 人形機器人沒有參加主挑戰賽道,但它確實贏得了機器人耐力測試,這是一項超高效雙足步行的副業比賽。)

卡內基梅隆大學的託尼·斯滕茨的 CHIMP 機器人在比賽中獲得第三名,它避開了步行,而是選擇依靠配備坦克履帶的四條腿滾動,他有不同的看法。“你必須審視問題,並提出解決問題的最佳設計,綜合考慮所有因素,”他說。“如果你只是出來 [到 DRC 賽道] 並說解決方案必須具有雙足形式,那麼我會說你極大地限制了你的解決方案——並且你可能不再擁有最佳解決方案。”

吳俊鎬表示同意,即使他和 DRC 的任何其他人一樣看好人形雙足機器人的實用性。“如果 [人形] 步行在 100% 的時間內都是完美的,我們就不需要多模式移動性,”他說。他與普拉特一樣認為硬體是阻礙人形機器人的原因;他計劃在未來兩年內從頭開始建立對驅動器的理解。儘管如此,吳俊鎬補充說,“我不會等待創新的驅動器——所以我們必須依靠電動馬達、液壓或氣動裝置”來提高 Hubo 的效率。如果這意味著設計巧妙的運動技巧來彌補人形機器人在兩條腿上的不完美表現,那就這樣吧。

幾乎像人類一樣

二月份,波士頓動力公司釋出了一段新人形機器人的影片,展示了它幾乎完成了所有 DRC 比賽中的機器人在努力完成或未能完成的事情。這款新機器人——幾支 DRC 隊伍使用過的 Atlas 人形機器人的重新設計版本——可以接近一扇門,開啟它,並以輕快、類似人類的步伐穿過它。它走下不平坦的堤岸,即使它的腳在雪地上來回滑動,也能重新獲得平衡。它自信地從下蹲姿勢降低和抬起身體,同時抓住一個 10 磅重的重物。它面朝下摔倒在地——很重——沒有摔碎或從破裂的液壓靜脈中噴出液體(正如一位不幸的 DRC 參賽者在 2015 年令人難忘地做到的那樣)。也許最令人印象深刻的是,它將自己推到腳上並重新站了起來。

這次演示對人形機器人社群的衝擊就像深藍在國際象棋比賽中擊敗加里·卡斯帕羅夫一樣。魯伊納稱之為“遊戲規則改變者”。埃姆斯和赫斯特分別認為它是“壯觀的”和“真材實料的”。普拉特稱讚其“非凡的”運動範圍,尤其是“它可以完全蹲下”。他補充說,“我甚至都做不到。”儘管如此,他們都認為穩健的雙足行走尚未“解決”,不僅僅是因為波士頓動力公司拒絕分享其創造背後的科學或工程細節。“這是最新的技術水平,”埃姆斯說。“他們展示的是一種解決方案,而且他們的解決方案顯然比大多數其他解決方案更好。但這不是唯一的解決方案。”(波士頓動力公司沒有回覆《大眾科學》多次提出的採訪請求。)

對於這些研究人員來說,同樣的問題仍然存在。機械驅動器如何才能同時提供強大的扭矩和利用被動動力學?什麼控制演算法可以讓機器人管理小心翼翼地走上樓梯和快速邁上土堆之間的差異?系統的工程設計如何在效率方面擴大規模,在價格方面降低?“這沒有摩爾定律,”普拉特說。

因此,解決雙足行走的工作仍在繼續。赫斯特正在開發 ATRIAS 的繼任者,它已經在模擬中可以奔跑、行走、自行轉向和從地面上站起來。埃姆斯計劃在 2017 年的某個時候讓 DURUS 離開跑步機並在佐治亞理工學院的校園周圍行走。埃姆斯和普拉特正在為 NASA 的 Valkyrie 專案做出貢獻,該專案旨在開發一種人形機器人陪伴宇航員前往火星;與此同時,魯伊納正在開發一種名為 Tik-Tok 的雙足機器人,他聲稱該機器人將使用廉價的、現成的元件來展示類似人類的效率和效能。

“我們曾希望在一兩年內製作出像 [波士頓動力公司] 那樣的影片,所以他們確實搶走了風頭,”魯伊納承認。“有一分鐘我想,‘糟糕,那我餘生該做什麼?’但後來我想到了萊特兄弟。他們的發明不是終點——而是起點。飛機動力學理論是後來才出現的。Atlas 是迄今為止任何人制造的最令人印象深刻的雙足機器人。但這是否意味著沒什麼可做的了?不。這開啟了一個全新的思想世界。”

更多探索

捕獲點:邁向人形機器人恢復的一步。 Jerry Pratt 等人。 於 2006 年 12 月 4 日至 6 日在義大利熱那亞舉行的第六屆 IEEE-RAS 國際人形機器人會議上發表。 www.ihmc.us/users/jpratt/publications/2006_Humanoids_CapturePoint_Pratt.pdf

受生物啟發的擺動腿控制,用於在地面上遇到意外高度擾動的彈簧-質量機器人。 H. R. Vejdani 等人,發表於Bioinspiration & Biomimetics,第 8 卷,第 4 期,文章編號 046006;2013 年 12 月。

邁向雙足機器人形式化控制器合成的第一步。 Aaron D. Ames 等人,發表於第 18 屆國際混合系統會議:計算與控制論文集,第 209–218 頁;2015 年。

Jonathan Hurst 關於“設計行走和跑步機器人”的研討會: www.youtube.com/watch?v=2NVFymqa8qY

來自我們的檔案

用於步行的外骨骼感測器 Sasha N. Zill 和 Ernst-August Seyfarth;1996 年 7 月。

《大眾科學》線上版

在以下網址觀看步行機器人影片: ScientificAmerican.com/jul2016/robots

John Pavlus 是一位專注於科學、技術和設計的作家和電影製作人。他的作品曾刊登在Bloomberg Businessweek、《MIT Technology Review》以及《美國最佳科學與自然寫作》系列中。他居住在俄勒岡州波特蘭。

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大眾科學 Magazine Vol 315 Issue 1本文最初以“雙足金屬”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 315 卷第 1 期(),第 60 頁
doi:10.1038/scientificamerican0716-60
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