探秘MIT機器人Atlas：它的系統(tǒng)比戰(zhàn)斗機還復(fù)雜

 這個晃來晃去的重物看上去就像一個金屬娃娃，樣子脆弱并且古怪。但這就是Atlas，世界上最精密的機器人之一，它由MIT計算機科學(xué)與人工智能實驗室Atlas設(shè)計團隊設(shè)計，負責(zé)人羅斯‧泰得瑞克(Russ Tedrake)說，“它的操縱系統(tǒng)比戰(zhàn)斗機還要復(fù)雜”。

Atlas是進入DARPA機器人挑戰(zhàn)賽決賽的25個機器人之一，6月將會在加州的波莫納代表泰得瑞克率領(lǐng)的MIT團隊參加為期兩周的決賽。與其它進入決賽的機器人一樣，它的目標是成為最好的搜救機器人。在對人類過于危險的地域，一個可以舉起數(shù)百磅重重物和工具車的機器人可以挽救很多人的生命并且不會給人帶來危險。這次挑戰(zhàn)賽是對這些機器人搜救技能的測驗。

MIT團隊的Atlas并不是6月里將用雙肩承載世界的唯一機器人，它還要與另外五個Atlas機器人角逐。這幾個Atlas使用不同軟件，但都是對同一母體做出一定改變而成。Atlas除了雙手是來自機器人制造商Robotiq公司，其他部分均為谷歌旗下的機器人公司Boston Dynamics (關(guān)于這家奇葩公司，雷鋒網(wǎng)有過詳細介紹) 制作。谷歌將它捐贈給了MIT用于參與比賽。如果要贏得200萬獎金，MIT團隊的機器人就必須得在一個小時內(nèi)打開一扇門，旋轉(zhuǎn)一個閥門，用動力鉆在墻上鉆出一個孔，上幾步臺階，還要穿越巖石區(qū)和坑洼的地面，處理意外任務(wù)。另外，它還要駕駛一輛轎車。

怯場

Atlas的測試是在靠近MIT的一個大車庫里，里面有一個大型控制中心，和三個博士生：組長帕特·馬里恩(Pat Marion);“僚機一號”安德烈斯·巴倫蘇埃拉(Andres Valenzuela);“僚機二號”格雷格·伊扎特(Greg Izatt)，另有督查操作指揮員，博士后斯科特·奎恩德斯瑪(Scott Kuindersma)。

在操作中的屏幕上，他們可以看見Atlas，也能看見Atlas看見的東西，但是他們看不見機器人。機器人在房間那頭一個緊關(guān)的門后面，身上系著繩子，防止掉落。Atlas在挑戰(zhàn)賽和這次演示中的第一個任務(wù)是打開緊關(guān)的那扇門。泰得瑞克解釋說，自最后一個測試以來，他們移動了房間把手的位置。他們只有一周時間測試Atlas在挑戰(zhàn)賽中可能遇到的所有問題。

如果可以在控制中心人工直接操控Atlas，這個任務(wù)不過是小事一樁，但是MIT團隊的機器人為自動操作，所以團隊成員不會操縱機器人打開那扇門。團隊成員可以做的只是向機器人發(fā)送找到門把手并打開門的指令。機器人會怎樣操作由所裝置的軟件程序決定。

這并不容易完成。正常情況下Atlas會用幾分鐘時間，現(xiàn)在卻要用10分鐘。他開玩笑說，“機器人看見有人給他拍照害羞了”。首先，測試的進展是良好的。機器人看見了門把手，并且在背部給團隊成員發(fā)送了將要執(zhí)行的操作路線，這顯示他會將自己的左手移到門把手上，抓住，然后向后拉。過程看上去不錯，它的判斷完全正確。

Atlas用爪狀的手觸摸到了扶手，但是，抓空了。

該團隊于是重新開始，對Atlas重新設(shè)置。這一次，施加的壓力過大，腳部的傳感器開始反向運動——反作用力使自己離門更遠了。就在團隊嘗試調(diào)整的時候，緊閉門后面?zhèn)鱽砭薮笤胍?。屏幕上可以看到機器人在顫抖。三個博士生和那位博士后幾乎同時奔向操作中心并大叫，“快按恢復(fù)建，現(xiàn)在!”

馬里恩在鍵盤上發(fā)出了快速指令，機器人平穩(wěn)的站住了。如果他沒有及時的關(guān)閉，機器人應(yīng)該已經(jīng)摔下去了。在第三次嘗試的時候，Atlas抓緊了門把手，一下就把門打開了。人們長舒了一口氣。

自動化

MIT團隊的成員不知道自己的軟件跟其他5個Atlas團隊相比會怎樣，但是都依賴一個優(yōu)勢，即自動化，也就是那個讓他們的機器人在緊閉門前抓破頭皮10多分鐘的東西。

最終MIT團隊的Atlas演示完了所有任務(wù)(除了駕駛，因為劍橋的法律禁止機器人駕駛)。它轉(zhuǎn)動了門閥，使用機械鉆給干板墻鉆了孔，甚至還完成了一個意外的任務(wù)——它爬上了一個桌子，拿起了一個電話聽筒。這個動作聽起來容易但是做起來難。機器人需要轉(zhuǎn)身，尋找目標的位置。它的傳感器在什么都沒有的時候撿起了某個東西。問題來了，這個東西是什么呢?

泰得瑞克解釋說，“這個機器人能看見抽象的東西”。“人工操作員通過在機器人程序中定義這些抽象東西幫助實現(xiàn)這一行為”。在屏幕上，這看起來似乎就像模糊的桌狀凝聚物上的像素。馬里恩和巴倫蘇埃拉嘗試弄清這些東西;一旦知道他們看到的是什么，他們就能在控制器上的材料清單上做出選擇，并在目標的頂部覆蓋木質(zhì)或塑料的幾何形狀。盡管機器人之前從來沒有見過電話，團隊可以告訴他目標的位置。不到三分鐘，Atlas就站在我們面前拿著電話在假裝打電話了。

此時，自動化似乎正取得成功。測試的部分任務(wù)會在斷電情況下進行，因為在有些時間段機器人與他們的人工操作員不會有聯(lián)系。對于完全依靠遠程操作的機器人，這意味著失去關(guān)鍵的時間。理論上說，MIT團隊的Atlas會繼續(xù)嘗試執(zhí)行最近的指令——鉆孔、拿起電話聽筒。所以，MTI團隊希望其他團隊縱然能在諸如穩(wěn)定性等其他方面優(yōu)于自己，自己也能通過斷電導(dǎo)航贏得最后的勝利。

穩(wěn)定性

但是，對于Atlas以及其他的兩足機器人，穩(wěn)定性都是嚴重的問題。回想一下，人類花多長時間才學(xué)會走路——甚至偉大的機器人小說家艾薩克·阿西莫夫警告說，兩足運動的“不平衡控制”是機器人研究真正的挑戰(zhàn)。事實確實如此。在比賽中，不會有任何的安全繩。如果Atlas摔倒了怎辦?在真正的比賽中如果摔倒肯定會遭遇失敗，還有件沒有完成的事是摔倒后如何爬起來，雖然機器人有能力爬起來，但是無論如何要讓他站的更穩(wěn)。

這是非常冒險的一步。一旦摔倒，Atlas就要離開測試區(qū)，重新校準，然后才能回到場地繼續(xù)完成任務(wù)。Atlas沒有保護性外殼，很脆弱，容易受損;有些團隊的機器人使用車輪而不使用雙腿移動。

在最終決賽上，這會影響Atlas的發(fā)揮。任務(wù)清單上唯一沒有完成的就是上臺階。泰得瑞克和他的團隊設(shè)計的軟件程序可以讓Atlas爬梯子，但是DARPA改變了比賽規(guī)則。泰得瑞克承認說，如果他早知道上臺階是必選項而穿越巖石區(qū)是可以選擇的，他就給機器人裝上輪子了?，F(xiàn)在的Atlas完全靠雙腿維持穩(wěn)定性。

這一點在機器人嘗試第一步時就得到了證明。

Atlas自信的完成了這三步的設(shè)置。在房間后部，Atlas三位人工操作員讓機器人上臺階。馬里恩通過弄清機器人的抽象數(shù)據(jù)并將其定義為一個具體的目標，幫助Atlas確定臺階具體的位置。巴倫蘇埃拉使用Atlas的傳感器確保他們會從適當(dāng)高度上臺階。伊扎特核實準備工作一切就緒。馬里恩將機器人可能的立足點標注在它內(nèi)部的臺階地圖上。機器人會給馬里恩，發(fā)送一個動畫，顯示自己計劃將要采取的路徑，然后團隊會摁ok鍵確認。Atlas抬起自己的腿，然后重心開始前移。

“嘣”，一聲巨響。屏幕上，Atlas突然摔倒，從臺階上滾了下來。泰得瑞克一直在看著機器人的步伐，目睹了這一切。他大聲叫道，“他的小腿骨受傷了!”支撐絲在臺階八字形的位置將Atlas吊在懸掛位置。

團隊亂成一團;發(fā)生了什么?臺階都是有模式的。Atlas起始點很不錯的。原來是立足點錯了。團隊讓Atlas的腳與臺階邊緣靠的太近。

泰得瑞克后來說，“這是我們看到的它走的最差的一次”。問題出在哪呢?Atlas有臀部。在演示中間的時候Boston Dynamics傳出這個消息。這天早些時候，團隊發(fā)出了一些解讀;Atlas制造商讓這三個工程師確保在6月5號比賽之前完全替換機器人的臀部部件。

那么可以肯定的是，Atlas在第一次嘗試轉(zhuǎn)動門閥之前所有組件都完美運行。雖然這點令人感到安慰，但是其他的比賽要求卻并不令人滿意：比賽那天，Atlas將必須獨自在電池供電下運行。迄今為止，Atlas只在這種情況下運行過一個小時。團隊并不知道機器人能堅持多長時間。

正確的問題

Atlas仿人設(shè)計的理念是，為世界或人類服務(wù)的機器人應(yīng)該是人形的。比如，如果機器人將進入一個核電廠阻止核能外泄，由于機器人將要接觸的那些按鍵和工具原本是為人類設(shè)計的，那么將機器人設(shè)計成人的高度和人的形狀不會更好嗎?

或許是的。履帶輪比雙腿更加穩(wěn)定。“它動作笨拙，但是人類移動自如。生物的某些控制機制是科技遠不能達到的。”這在某種程度上就是挑戰(zhàn)的美。

測試結(jié)束時，巴倫蘇埃拉說，“有時我覺得機器人很令人遺憾”。他有一個四個月大的兒子，從某方面說他的兒子比Atlas要更先進。Atlas可以行走，而他的兒子不能;Atlas可以駕駛而他的兒子16年內(nèi)都不能;但他的兒子可以無需幫助而識別目標。Atlas可以使用激光和相機調(diào)查周圍——比他四歲的兒子要更酷——但是他需要人工操作員解釋數(shù)據(jù)的含義。

幾天之后，Atlas將會被打包裝進卡車，運到加州。他的人工操作員會在競賽前一周和他會合?，F(xiàn)在Atlas正緊緊的被吊在繩索上。

一個有趣的問題是，當(dāng)它摔下來的時候有沒感覺像是自己摔倒了?下周就沒有支撐線防止機器人摔倒了，它必須得靠自己的雙腳走路。