【編者按】2015世界機(jī)器人大會(huì)如火如荼,，在機(jī)器人越來越走近人類的時(shí)候,，世界各國(guó)的頂級(jí)專家們是如何看待的呢？在面對(duì)災(zāi)害時(shí),，參與其中的機(jī)器人不僅要面對(duì)復(fù)雜的問題,，還會(huì)遇到哪些障礙？

本文選自韓國(guó)高等科學(xué)技術(shù)院類人機(jī)器人研究中心主任 Jun Ho Oh 在大會(huì)上的演講：《我們從 Darpa 機(jī)器人挑戰(zhàn)賽中學(xué)到了什么,？》,，雷鋒網(wǎng)做了不修改原意的調(diào)整，文章略有刪減,。

災(zāi)害響應(yīng)機(jī)器人要面對(duì)復(fù)雜的問題

大約是三四個(gè)月之前,，在美國(guó)加利福尼亞舉辦了一個(gè)大型機(jī)器人挑戰(zhàn)賽，我要跟大家分享一下我參賽的體驗(yàn),。

情況是這樣的,，2011 年，大家都知道日本東部出現(xiàn)了地震和海嘯,，當(dāng)時(shí)也出現(xiàn)了核泄漏,，我們必須要進(jìn)行疏散,，在出現(xiàn)這樣的事故之后日本政府決定要部署災(zāi)害響應(yīng)機(jī)器人，美國(guó)軍方也派遣了一些機(jī)器人來幫助應(yīng)對(duì)這樣的災(zāi)難,，但是他們發(fā)現(xiàn)這些機(jī)器人受到了一些門和墻體等非常障礙物的阻礙,，沒法進(jìn)入到大樓中，而且他們也沒法與這些機(jī)器人進(jìn)行通訊,，這些災(zāi)害響應(yīng)機(jī)器人無法應(yīng)對(duì)人為產(chǎn)生的災(zāi)難,。

Darpa 是美國(guó)的國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局，Darpa 進(jìn)行了非常詳細(xì)的規(guī)劃來解決未來我們可能會(huì)面臨的復(fù)雜問題,。

首先假設(shè)機(jī)器人必須能夠去駕駛常規(guī)的車輛,，能夠把這些常規(guī)的車輛駕駛到災(zāi)害發(fā)生地，到達(dá)災(zāi)害發(fā)生地的時(shí)候他們必須從車輛上下來,，然后去清理路障,，這樣才能夠進(jìn)入到災(zāi)害發(fā)生地。

一旦進(jìn)入到大樓,，他們必須能夠打開大門,，進(jìn)入大樓之后，機(jī)器人必須能夠沿著非常陡的梯子或者樓梯往上爬,，當(dāng)有一些墻體阻礙了他們的前進(jìn)時(shí),，他們必須能夠在墻體上敲一個(gè)大洞以便穿行過去，如果一些管道泄漏,，他們必須能夠自己關(guān)掉閥門,。

最后這些機(jī)器人必須能夠去解決一些出其不意的問題，要做一些沒有事先界定好的工作,。

為了促進(jìn)活動(dòng)的開展,，Darpa 決定要對(duì)機(jī)器人挑戰(zhàn)賽投入上億美元資金進(jìn)行支持,，選擇了七個(gè)團(tuán)隊(duì)來幫助他們解決這些問題,。

每個(gè)獲選的團(tuán)隊(duì)會(huì)獲得三百萬(wàn)美元的資金支持，每個(gè)參與者都可以獲得這么多的資金支持,，我們把它稱為 TrackA,。

TrackB 是團(tuán)隊(duì)進(jìn)行機(jī)器人操作來解決前面遇到的挑戰(zhàn)，一旦參賽,，他們會(huì)獲得 100 萬(wàn)美元的資金,，就是 TrackB。

后來韓國(guó)政府,、日本,、歐盟有三個(gè)團(tuán)隊(duì)，韓國(guó)政府決定要參加到機(jī)器人挑戰(zhàn)賽,，韓國(guó)政府提供了 400 萬(wàn)美金的支持,，日本政府也提供了幾百萬(wàn)美元的資金支持,，歐盟也提供了資金的支持，機(jī)器人挑戰(zhàn)賽三年的資金支持達(dá)到 1.1 億美金,。

在該挑戰(zhàn)賽當(dāng)中,，我們開展了幾次活動(dòng)。

第一次是在 2013 年 6 月份,，這是初選賽,，到 2013 年 12 月份的時(shí)候進(jìn)行了預(yù)賽，2015 年 6 月份進(jìn)行了決賽,。

這些機(jī)器人是參加挑戰(zhàn)賽的機(jī)器人,。

Atlas，是由美國(guó)一家公司發(fā)明的,；

HRP 平臺(tái)機(jī)器人,，是日本的代表機(jī)器人，它主要是針對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的,，是人機(jī)共同合作,；

Jaxon 是日本的機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器人在 2013 年 12 月份預(yù)賽獲勝后,，公司被谷歌所收購(gòu),；

還有來自美國(guó)宇航局的機(jī)器人 Robosimian，這個(gè)機(jī)器人研發(fā)的目的是為了在月球或者火星上進(jìn)行施工,，他也在太空當(dāng)中進(jìn)行一些作業(yè),，是太空作業(yè)的機(jī)器人；

還有 Chimp 機(jī)器人,，是卡耐基梅隆大學(xué)發(fā)明的,，還有來自意大利的機(jī)器人 Walkman；

這個(gè) DRC—hubo 的是我專門為此次挑戰(zhàn)賽所組裝的機(jī)器人,。

挑戰(zhàn)賽一共有 25 個(gè)團(tuán)隊(duì),，有 7 個(gè) Atlas 機(jī)器人，還有 2-3 個(gè) Jaxon 機(jī)器人,，有 4 個(gè) HRP 機(jī)器人,，其他的機(jī)器人也有幾個(gè)。

挑戰(zhàn)賽中,，最開始是從右上角開始,，首先必須要把機(jī)器人放到車輛上，機(jī)器人必須要開車,，然后進(jìn)入到目的地,，接下來要從車輛上下來，進(jìn)入到大樓當(dāng)中。

在這塊他必須要轉(zhuǎn)這個(gè)閥,，接下來要拿工具在墻上敲一個(gè)洞,，在這里它還要應(yīng)對(duì)一些意料之外的狀況，必須要穿過特定的障礙物,，最后要從大樓上成功的撤出,，離開救援地。

這樣的一個(gè)任務(wù)最難做的就是他們下調(diào)了通信的帶寬,，通常需要一秒鐘的時(shí)間才能獲得比較好的視頻的圖像,，但是一旦他們進(jìn)入到了空間當(dāng)中， WiFi的帶寬就變成了一萬(wàn)分之一,，傳一個(gè)圖片需要一個(gè)小時(shí)的時(shí)間,，一旦機(jī)器人進(jìn)入到大樓，機(jī)器人必須自主去決定,，沒有外部的支持,。

這里還有操作室，它離現(xiàn)場(chǎng)有 500 米的距離,，因此操作人員無法知道現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的狀況,，他們也不知道現(xiàn)場(chǎng)這些機(jī)器人是怎么運(yùn)作，因?yàn)楫?dāng)時(shí) WiFi 通訊訊號(hào)是非常弱的,。

25 個(gè)團(tuán)隊(duì)中,，有 3 個(gè)團(tuán)隊(duì)一個(gè)小時(shí)之內(nèi)進(jìn)入到了 A 點(diǎn)，最快的團(tuán)隊(duì)是44 分鐘就到達(dá)了目的地,。

卡耐基梅隆大學(xué)的團(tuán)隊(duì)是第二位,，我們是第一位。很多團(tuán)隊(duì)沒有完成任務(wù),。

25 個(gè)機(jī)器人來自世界各地,，他們的成本造價(jià)可能都達(dá)到 100 萬(wàn)-200 萬(wàn)美元，可能需要花幾年的時(shí)間才建造完成,，它們行走得非常漂亮,，操控也非常好，在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中它們表現(xiàn)得特別好,，但在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中卻會(huì)不斷地摔倒,，會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的故障，很多人對(duì)于這樣的結(jié)果感到特別的失望,。

災(zāi)害響應(yīng)機(jī)器人，他們?cè)谶M(jìn)入到災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)之前實(shí)際上遇到了非常多的障礙,，因?yàn)樗麄冇龅搅苏嬲臑?zāi)害,。

在我們實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中這些機(jī)器人表現(xiàn)得特別好，但是在真正的現(xiàn)場(chǎng),，他們可能會(huì)遇到非常多的障礙和困難,，因此在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)實(shí)世界區(qū)別非常大,。

什么原因會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人故障？

究竟發(fā)生了什么樣的狀況呢,？我們發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)原因造成了機(jī)器人的故障：

大部分的是系統(tǒng)和硬件的故障,。

當(dāng)我們制造機(jī)器人的時(shí)候，有時(shí)候我們讓機(jī)器人行走,，在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中行走是很容易的,，但是在任何地方讓他們隨時(shí)都能夠行走是很難的，因?yàn)橛袝r(shí)候這個(gè)系統(tǒng)并不是特別的可靠,。

我們發(fā)現(xiàn)兩足行走本身對(duì)于機(jī)器人來說并不是特別安全,。

還有另外一個(gè)問題，機(jī)器人自己行動(dòng)的話是可以的,，但是一旦機(jī)器人要和環(huán)境進(jìn)行互動(dòng),，他可能會(huì)遇到非常多的障礙。

我給大家講一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子,，你可以看到有一些機(jī)器人他們要開門,，對(duì)于機(jī)器人來說，開門這樣的一個(gè)測(cè)試可能做起來是最難的,。

因?yàn)榇蠖鄶?shù)的機(jī)器人擅長(zhǎng)定位,，如果你讓機(jī)器人待在一個(gè)位置是可以的，而如果讓機(jī)器人自身去模仿一個(gè)人類,，或者自己去做一個(gè)事情實(shí)際上是很難的,。

我給大家再稍微解釋一下，開門意味著這個(gè)門本身是有一個(gè)門閂的,，它要是以門的閂為一個(gè)中心點(diǎn)讓這個(gè)門旋轉(zhuǎn),，在開門的過程中這個(gè)機(jī)器人就得按照開門的軌道做同樣的動(dòng)作，在這個(gè)軌道當(dāng)中他要考慮到機(jī)器人和門以及在門閂位置的關(guān)系,，所以說如果這個(gè)計(jì)算軌道錯(cuò)誤的話,，就打不開門。

如果這個(gè)軌道是能夠吻合的,，就可以開門,。如果不能夠配合，機(jī)器人的手指頭和胳膊很容易在開門的過程中就碎掉了,。

在很多的開門試驗(yàn)當(dāng)中大家可能都曾經(jīng)見過機(jī)器人是非常容易壞的,，所以這個(gè)過程非常困難。

我們認(rèn)為來實(shí)現(xiàn)這種自動(dòng)化和監(jiān)管之間的諧和,，有些東西需要讓人工智能自己完全自主的做一些事情,。

有些事情可能不見得這么成功，而且有些人認(rèn)為機(jī)器人可以做什么事情，但不見得,，因?yàn)樵谶^程中一些溝通的方式可能不一樣,，中間會(huì)存在一些延遲，有時(shí)候視頻反饋又可能出現(xiàn)一些問題,。

這些對(duì)于這種自動(dòng)化和監(jiān)管都是非常重要的,。

還有一點(diǎn)就是操作員會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，用戶見面,，操作員在運(yùn)作這個(gè)機(jī)器人的時(shí)候,，在現(xiàn)實(shí)世界當(dāng)中操作員本身也非常重要。

在我們這個(gè)情況下,，我們的勝利點(diǎn)主要是在比賽之前做過一些測(cè)試,，我們盡可能一個(gè)接一個(gè)解決這些問題，在首爾我們制造了一個(gè)非常穩(wěn)健的機(jī)器人平臺(tái),，包括像電力方面,，內(nèi)部的通信等等。

另外我們還有非常強(qiáng)勁的視覺控制器,。

視覺系統(tǒng)非常容易出錯(cuò)誤,，因?yàn)樗鼤?huì)去解決很多的數(shù)據(jù)，視覺控制器在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中可能用到的比較多,。

另外關(guān)鍵的一點(diǎn)就是通過操作系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)器人編程,。

我們暫時(shí)沒有使用IOS 系統(tǒng)，IOS 系統(tǒng)太大了,，很難學(xué)習(xí),。另外系統(tǒng)本身是非常復(fù)雜的，而且也需要有非常多的支持,。

還有機(jī)器人的控制,，實(shí)際上也是需要與周圍的環(huán)境結(jié)合在一起，比如說開門,、拉一輛小車,、把一張紙放下等等，這些與環(huán)境有非常大的相關(guān)性,，我們也要考慮到這些部分,。

這些是我們建立的平臺(tái)，有很多不同的方式,。

這些零部件,，在內(nèi)部也有非常好的散熱系統(tǒng)，我們還有內(nèi)部的水冷系統(tǒng)或者氣冷系統(tǒng),，就像汽車一樣,，里面會(huì)有一些驅(qū)動(dòng)的散熱單元,。

我們要讓這個(gè)機(jī)器人有高靈活度,，他應(yīng)該非常流暢地與周圍的環(huán)境進(jìn)行結(jié)合,，這個(gè)視頻當(dāng)中能夠看到他的一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程，你可以看到這個(gè)駕駛的方向盤和機(jī)器人的位置不是固定的,，他們想測(cè)試一下看這個(gè)機(jī)器人是如何來駕駛的,，但是你看到機(jī)器人試圖想把方向盤拉到自己駕駛的位置。

這是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,。

這是應(yīng)用在車輛當(dāng)中的一個(gè)算法,。這個(gè)機(jī)器人如果扶住車輛的上沿往外跳，如果設(shè)置不合適可能會(huì)導(dǎo)致胳膊斷裂,。

當(dāng)然它可以取決于機(jī)器人和車輛的距離,，以及機(jī)器人與地面的距離，有很多控制的決定因素,，但是由于這個(gè)過程中有很多的跳動(dòng)是被動(dòng)的,，所以我們要考慮到中間的一些動(dòng)力和摩擦以及與地面的高度等等。

我們可以看一下這個(gè)機(jī)器人自己是怎么平衡自己的身體的,，在出現(xiàn)干擾的情況下它內(nèi)部的控制,，讓它能夠抗擊外部的沖擊，而且它還有能力能夠在磚上面進(jìn)行行走,。

我們也是進(jìn)行了一些其他的實(shí)驗(yàn),。

機(jī)器人在走動(dòng)時(shí)，當(dāng)他感受到前面有一個(gè)障礙的話,，他可以讓倒下一邊的手臂放松,，避免一些相應(yīng)的傷害。

如果前面有障礙的話,，他可以這樣走,。在這個(gè)過程中需要讓自己身體的平衡，而且它需要對(duì)進(jìn)行地面情況的建模,，這里有非常多的通信干擾,，這里還是比較低頻、低帶寬的通信,。

另外一個(gè)是它的適應(yīng)性,。

它在走的過程中有的時(shí)候可以跪下，要利用它的走動(dòng)和滾動(dòng)的方式,，利用不同的環(huán)境,，在跪的過程中使用下面的輪子進(jìn)行滾動(dòng)。

機(jī)器人的視覺系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)平衡,，平衡的策略是在于對(duì)于機(jī)器人來講,，它能夠找到這樣的平衡實(shí)際上是非常難的,，但是我們可以讓機(jī)器人容易地測(cè)量到距離，給的指示是需要拿什么東西,，其他的部分都是自己完成的,。

比如我們讓他在左手邊拿這個(gè)工具，他就可以測(cè)量出他和這個(gè)物體的距離,。

我們有非常好的分離功能,，你可以看到他可以兩只手同步的進(jìn)行操作，這邊也可以手動(dòng),。這是我們所做的一些實(shí)驗(yàn),。

我們?cè)谧罱K挑戰(zhàn)的時(shí)候拍攝了一些照片：這里機(jī)器人駕駛車輛，從車跳下來,，轉(zhuǎn)為跪態(tài)滾動(dòng),，到了門口開門，需要測(cè)量距離,，下面操作員給他指示了這個(gè)工具,，但是工具的位置不太好，所以需要挪到左手邊然后重新測(cè)量一遍,，拿起,，操作員向他指示中間那個(gè)黑點(diǎn)，其他東西都由他自己自動(dòng)進(jìn)行,。

對(duì)于機(jī)器人來說做這種非常復(fù)雜的任務(wù),，在一個(gè)小時(shí)之內(nèi)不需要任何額外的幫助不是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的事情，對(duì)于機(jī)器人來講是非常難的,。