6 月 10 日消息，據(jù)美國(guó)科技媒體 IEEE Spectrum 報(bào)道，近日，麻省理工 Sangbae Kim 實(shí)驗(yàn)室的研究人員最新設(shè)計(jì)了一款名為 MIT Humanoid 的人形機(jī)器人，這種機(jī)器人形似迷你獵豹（Mini Cheetah）四足機(jī)器人的直立版本，可以完成類似跑酷中的后空翻、180 度跳躍等雜技動(dòng)作。
值得期待的是，MIT Humanoid 將于今年 7 月在 Humanoids 2020 會(huì)議上展出。
一、機(jī)器人動(dòng)態(tài)研究最新方向：雜技運(yùn)動(dòng)
長(zhǎng)期以來，雙足行走機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)在平面行走不跌倒，偶爾能實(shí)現(xiàn)攀爬樓梯或者翻越障礙已經(jīng)算非常棒了。不過目前機(jī)器人的設(shè)計(jì)基本上已經(jīng)跨過了這個(gè)階段?，F(xiàn)在可以預(yù)計(jì)，至少在完成一些動(dòng)態(tài)任務(wù)上，雙足機(jī)器人的實(shí)際性能已經(jīng)接近人類或者超過人類實(shí)際情況，這多虧了像美國(guó)敏捷機(jī)器人公司（Agility Robotics）和波士頓動(dòng)力（Boston Dynamics）這類機(jī)器人研發(fā)公司中眾多人才所做的貢獻(xiàn)。
下一步機(jī)器人動(dòng)態(tài)技術(shù)研究方向可能就是 —— 如何設(shè)計(jì)機(jī)器人，使其可以能夠完成突破人類表演極限的任務(wù)，比如讓機(jī)器人去表演雜技。世界頂尖雙足人形機(jī)器人研究所 IHMC 一直開發(fā)的名為 Nadia 的人形機(jī)器人，就很像麻省理工 Sangbae Kim 實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在進(jìn)行的新款雜技機(jī)器人的研究設(shè)計(jì)。
▲機(jī)器人 Nadia
麻省理工 Sangbae Kim 實(shí)驗(yàn)室研發(fā)致力于研發(fā)足式機(jī)器人，帶來了很多具有劃時(shí)代意義的機(jī)器人設(shè)計(jì)，例如四足獵豹機(jī)器人和仿人機(jī)器人 HERMES 等。在韓國(guó)的 Naver 實(shí)驗(yàn)室資助和支持下，他們一直在完善迷你獵豹這款機(jī)器人，讓機(jī)器人完成一些動(dòng)態(tài)動(dòng)作，比如步態(tài)探索和一些低調(diào)的四足雜技。
▲迷你獵豹機(jī)器人
二、神似直立“機(jī)器狗”，腿部性能大改進(jìn)
來自 Sangbae Kim 實(shí)驗(yàn)室的馬修?奇尼奧利（Matthew Chignoli）、金東賢（Donghyun Kim）、伊利亞?斯坦格 - 瓊斯（Elijah Stanger-Jones）和金相培（Sangbae Kim）最近在 arXiv 上發(fā)表了一篇論文，描述了一種新款人形機(jī)器人設(shè)計(jì)。
先來看一下，脫離模擬測(cè)試后，雜技機(jī)器人 MIT Humanoid 的硬件情況。奇尼奧利說，這款機(jī)器人的外觀非常具有欺騙性，有點(diǎn)像迷你獵豹機(jī)器人的直立版。雖然 MIT Humanoid 的軀干和手臂非常接近迷你獵豹機(jī)器人，不過它的腿部是全新設(shè)計(jì)，采用了重新設(shè)計(jì)的執(zhí)行器，具有更高的功率和更好的扭矩密度。
奇尼奧利表示：“機(jī)器人腿部設(shè)計(jì)的主要重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)人類在步行和跑步時(shí)進(jìn)行的平穩(wěn)但動(dòng)態(tài)的‘從腳跟到腳趾’動(dòng)作，與此同時(shí)也要保持機(jī)器人的低慣性，以實(shí)現(xiàn)與地面接觸時(shí)的平穩(wěn)互動(dòng)。動(dòng)態(tài)踝關(guān)節(jié)動(dòng)作在人形機(jī)器人中還很少見。希望可以開發(fā)出健壯、低慣性、有力量的機(jī)械腿，更好的模仿人類腿部動(dòng)作?！?/p>
▲MIT Humanoid 執(zhí)行從 0.4 米的平臺(tái)上進(jìn)行后空翻的動(dòng)作
奇尼奧利談到：“設(shè)計(jì)策略很重要，因?yàn)槟壳叭诵螜C(jī)器人領(lǐng)域有兩大主導(dǎo)方向，分別是液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人和帶有串聯(lián)彈性制動(dòng)器機(jī)器人。隨著我們不斷改進(jìn)本體感知執(zhí)行器的性能，正如我們?cè)谶@項(xiàng)工作中所做的一樣，我們的目標(biāo)是證明我們這種高扭矩密度、高帶寬力控制和緩沖沖擊能力的獨(dú)特組合對(duì)于任何足式機(jī)器人（包括人形機(jī)器人）實(shí)現(xiàn)高度動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)是最佳的?！?/p>
▲MIT Humanoid 執(zhí)行 180° 旋轉(zhuǎn)跳躍（上）和站立前空翻（下）動(dòng)作
三、從模擬到現(xiàn)實(shí)，存在不確定性
“這只是在模擬，你可以在模擬中得到任何東西”這樣的評(píng)論很正常。但是麻省理工方面盡可能的投入了大量工作來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確模擬。特別是，他們對(duì)機(jī)器人執(zhí)行動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的詳細(xì)的物理約束情況進(jìn)行建模，允許規(guī)劃人員考慮這些約束，并（希望）實(shí)現(xiàn)與模擬一樣精確匹配的運(yùn)動(dòng)。
“當(dāng)談到機(jī)器人的物理能力時(shí)，我們?cè)谀M中展示的任何東西都應(yīng)該在機(jī)器人上可行?！逼婺釆W利說?！霸谖覀兊哪M中，建有機(jī)器人執(zhí)行器和電池的詳細(xì)模型，并且這些模型已經(jīng)通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，雖然這種詳細(xì)模型并不經(jīng)常在機(jī)器人動(dòng)態(tài)模擬中出現(xiàn)?！钡悄M終究還是模擬，無論建模多棒，轉(zhuǎn)換到實(shí)際都很棘手，尤其是在完成高度動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)時(shí)。
“盡管我們相信我們的模擬器能夠以高保真度精確模擬我們機(jī)器人的物理能力，但是當(dāng)我們計(jì)劃把預(yù)期要實(shí)現(xiàn)的雜技動(dòng)作部署到硬件上時(shí)，我們的模擬器在某些方面仍然有不確定。”奇尼奧利解釋說：“我們目前的主要困難是狀態(tài)估計(jì)，我們一直參考與無人機(jī)狀態(tài)估計(jì)相關(guān)的研究，無人機(jī)狀態(tài)估計(jì)研究中利用到了視覺里程計(jì)。但是如果沒有一個(gè)組裝好的機(jī)器人來測(cè)試這些新的估計(jì)策略，就很難判斷能否實(shí)現(xiàn)從模擬到真實(shí)的轉(zhuǎn)移。”
四、MIT Humanoid 研究真正貢獻(xiàn)在于設(shè)計(jì)框架
MIT Humanoid 的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，計(jì)劃在夏季制作，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) MIT Humanoid 在充滿挑戰(zhàn)性的地形上進(jìn)行跑酷運(yùn)動(dòng)。人們很容易專注于機(jī)器人的整個(gè)雜技表演和跑酷角度，可以期待一些精彩視頻。
但是根據(jù)奇尼奧利的說法，這項(xiàng)研究的真正重要貢獻(xiàn)在于設(shè)計(jì)框架而不是機(jī)器人本身：“我們用小型人形機(jī)器人展示雜技動(dòng)作的目的和實(shí)際的雜技表演無關(guān)，而是更多完成這些動(dòng)作對(duì)于我們的硬件以及控制框架意味著什么。就機(jī)器人能力而言，這些運(yùn)動(dòng)很重要，因?yàn)槲覀冏C明，至少在模擬中，我們可以使用完全不同的驅(qū)動(dòng)方案（分別是本體感應(yīng)式電磁電機(jī)與液壓制動(dòng)器）來復(fù)制波士頓動(dòng)力公司 Atlas 機(jī)器人的動(dòng)態(tài)動(dòng)作。當(dāng)人們考慮如何設(shè)計(jì)下一代的動(dòng)態(tài)人形機(jī)器人時(shí)，驗(yàn)證本體感應(yīng)器能夠保留低機(jī)械阻抗和高帶寬扭矩控制的優(yōu)勢(shì)同時(shí)，達(dá)到執(zhí)行此類運(yùn)動(dòng)所需的扭矩密度，就非常重要。此外，雜技動(dòng)作展示了我們的‘執(zhí)行感知’運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器生成可行的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的能力，這些設(shè)計(jì)擴(kuò)展了我們機(jī)器人所能完成事情的邊界?！?/p>
結(jié)語：機(jī)器人完成事情的邊界在哪里？
此前，麻省理工 Sangbae Kim 實(shí)驗(yàn)室就研發(fā)出迷你獵豹四足機(jī)器人，其開源技術(shù)架構(gòu)帶起了一陣“機(jī)器狗”風(fēng)潮。如今，該實(shí)驗(yàn)室在人形機(jī)器人領(lǐng)域又進(jìn)一步，有望帶來突破運(yùn)動(dòng)極限的機(jī)器人新架構(gòu)，進(jìn)而為產(chǎn)業(yè)帶來新的變革。
人類活動(dòng)受到各種環(huán)境條件的影響，所以很多研究人員致力于設(shè)計(jì)機(jī)器人來替代人類完成在極端條件下的工作或者完成人類做不到的動(dòng)作。機(jī)器人研究專家們一次次刷新了大家的想象，機(jī)器人能做的太多了。
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