

DARPA 机器人挑战赛(DRC)已经结束近一个月了。这足够我们正视事实了。这场多年来规模最大、资金最充足的国际机器人竞赛是一次失败。
写下这句话感觉很不好。DRC 是一项庞大的工程,耗时多年,花费数百万美元。这项竞赛有一个崇高的目标——开发能够更好地应对灾难的机器人——它吸引了世界上许多最聪明、最杰出的机器人专家。
而且,我不是在对当权者说话,指出 DRC 的不足。尽管近几年来,投资、收购和招聘都有所增加,但机器人领域的大部分从业者都是“弱者”。我充其量也只是在朝那些近三年不眠不休、疏忽家人、倾尽全力制造和编程了那些看起来几乎普遍令人失望的机器的研究人员脸上吐口水。在上一周加州波莫纳举行的 DRC 总决赛中,24 个参赛机器人只有少数几个能保持站立通过赛道。因此,DRC 最重大的新闻似乎是各种机器人摔倒的 GIF 动图。一个机器人摔得太重,头都掉了。
但不要同情这些笨拙的机器人。如果 DRC 没有如此充满滑稽动作,那会让人昏昏欲睡。毕竟,得分最高、用时最短的机器人花了近 45 分钟才完成一系列八项任务,而我幼儿园的女儿可能只需 10 分钟就能完成。
这场多年来规模最大、资金最充足的国际机器人竞赛是一次失败。
而且,出于对我人类后代的尊重,这并非赞美。DRC-Hubo,由韩国 KAIST 团队推出的、身高 5 英尺 9 英寸的胜利者,在露天赛道上花费了大部分时间——一条通往一个单间公寓大小的模拟设施的长长的泥土路——在某个地方一动不动。它以接近人类的驾驶水平开始比赛,并且比赛场上的任何其他机器人更快、更不尴尬地从改装后的北极星多功能车中出来。然后 DRC-Hubo 屈膝到地上,慢慢地滚到代表模拟设施入口的门前,然后就卡住了。最强大的 DRC 机器人花费了好几分钟准备执行拧门把手、推门的艰巨任务。
最终,它完成了这两项任务,观众席上的观众爆发出欢呼声。任何刚到现场的人——乘坐自动扶梯上来,或者在进场前买个热狗——听到那阵欢呼,可能会想象机器人正在跨越瓦砾,或者砸穿混凝土墙。但 DRC 赢得喝彩的标准相当低。有些机器人甚至没有走到那扇门前。一个人形机器人刚开始比赛几秒钟就倒下了,然后一直在摔倒,直到它的团队把它弄下赛道。另一个人形机器人从北极星车上下来时翻倒了,并且严重损坏了自己,以至于真的“流血”了,留下了一滩油,供 DARPA 工作人员和团队成员清理。而那些征服了门槛的机器,却要面对两到三度的地板坡度和一条被八块碎片阻碍的道路。这是一场参赛作品如此无能的比赛,至少与人类相比,仅仅打开那扇门就算是一次合法的胜利。
这不是 DARPA 最初设想的 DRC。2012 年 4 月,当该机构首次概述竞赛的范围和参数时,它看起来是不可能的。DARPA 似乎已经撤下了它最初的新闻稿,但弗吉尼亚理工大学在宣布其参赛团队时是这样描述比赛任务的。请特别注意最后八项提议的任务。
如果 DRC 包括机器人砸穿混凝土墙,那就别指望会有欢呼的观众了。博览会将引爆,竞赛的电视收视率将与奥运会媲美。但 DRC 总决赛是一次妥协的展示,尽管 DARPA 始终警告说,竞赛规则将在最后一刻保持秘密和可变,但最初提出的八项任务中只有一项得以保留。以下是任务的细分。
进入车辆不属于最终比赛项目——团队可以在时钟开始前小心地装载和定位他们的机器人。这些车辆也不是“标准的”,因为 DRC 中使用的所有北极星多功能车都配备了改进的悬架以支撑更重的负载,并且几乎所有车辆都经过改装,允许机器人驾驶和/或从车辆中出来。
机器人被要求离开,但它们和门之间没有任何瓦砾。
从未发生。取而代之的是,在八项总任务中的第七项,机器人必须通过处理一条被八块碎片阻碍的地板,或者通过一条由水泥砖组成的路径来到达模拟设施的出口。
这是唯一一项没有被明确或隐含降级的任务。
虽然其中一项任务确实包括将一个圆形阀门旋转整整 360 度,但这是赛道上唯一的阀门。机器人需要在多个阀门中定位一个阀门的概念并不适用。
重新连接软管听起来很酷,不是吗?想象一下完成这项任务所需的精细运动技能,并且远程操作员的直接控制几乎为零,因为 DARPA 还承诺会削弱通信信号,从而要求机器人参与者拥有更多的自主性。然而,却出现了一个惊喜任务。第一天,是一个必须拉下的一个大开关。第二天,是插入墙上的一个插头,需要拔下并插入另一个插座。但这些基本上都是道具,没有插脚需要处理。它们像工业尺寸的 MacBook MagSafe 电源适配器一样用磁铁固定。
虽然不是 DRC 中最有希望的景象(那将在接下来介绍),但机器人爬梯子本应是惊人的。爬梯子的实际任务可能是比赛中最具技术挑战性的方面,它需要各个组件拥有巨大的力量,以及前所未有的操纵(抓取踏板)和肢体移动的组合。
取而代之的是,DRC 的最后一项任务是爬总共四个台阶。
试着想象一下这个场景。一个人形机器人拿起工具——团队最初假设是电锯——钻过墙壁,然后用自己的自主大脑和机械力量在墙上开个洞然后离开赛道。这将是压轴戏。人类会惊恐地逃跑,喜极而泣,或者至少会关注自 DARPA 上一次具有历史意义的机器人竞赛——2007 年的无人驾驶汽车比赛 Urban Challenge 以来,世界上最盛大的机器人竞赛。人类会跑开,哭泣,或者至少关注。
但在实际的 DRC 中,少数幸存到足够长的时间接触到电动工具(是螺丝刀,不是锯子)的机器人,必须在墙上挖一个小洞(由一个圆圈标示),然后继续前进。挖出来的洞足够一只害怕的猫钻出去,或者让被困的人类把头伸出来,对着那个慢慢——极其缓慢地——向出口挪动的机器人大喊大叫。
* * *
DARPA 的实验已经失败的迹象随处可见。在 2013 年举行的迈阿密 DRC 预选赛中,机器人有 30 分钟的时间来完成它们的八项任务。大多数机器人使用了至少一半的规定时间,使得整个过程感觉无穷无尽,而且这只是因为它们连接着电源线。更令人担忧的是,一些机器人干脆跳过了更难的任务,比如驾驶。在今年三月的一次电话简报中,DRC 项目总监 Gill Pratt 表示,在总决赛中,机器人不必自己进入车辆。他还提到,与预选赛一样,一些团队可能会选择放弃与驾驶相关的积分。
但 Pratt 在电话中详细谈到了摔倒的问题。“如果它们摔倒了,它们将不得不自己站起来,”他说。在 DRC 预选赛中,机器人有安全绳防止它们摔到地上。但这些绳索在总决赛中被取消了。“我们试图让这场比赛更真实,更贴近真实的灾难情况,在那种情况下,人类当然无法突然进入灾区去营救机器人,”Pratt 说。
当被进一步问及在比赛的最后阶段如何处理摔倒的问题时,Pratt 继续说道。
Pratt 以 CMU 的 CHIMP 机器人为例,它被设计成基本上不可能摔倒。这个重达 443 磅的机器在静态上是稳定的,这意味着与使用双足行走来移动的系统不同,它不需要主动维持平衡。即使 CHIMP 意外断电,它也不会倒下。“对于那些不必担心这一点(摔倒)的团队来说,也许你们做出了正确的选择,”Pratt 补充道。
然而,Pratt 谈论摔倒越久,听起来就越不严厉。尽管他最初说机器人必须自己站起来,但他后来承认,团队可能可以把机器人扶起来,然后接受时间处罚。这大致模拟了这样的情况:灾难响应人员拥有不止一个机器人,并且可以在第一个机器人倒下时部署一个备用系统。
DARPA 的实验已经失败的迹象随处可见。
尽管如此,Pratt 对看到机器人从摔倒中站起来的前景仍然充满热情,他指出,对于那些未参加 2013 年预选赛就进入决赛的机器人来说,这几乎是强制性的。“让机器从趴着的状态站起来是所有新团队都必须完成的资格任务之一。也就是说,我们并没有把团队逼得太紧,让他们必须证明自己也能在摔倒后生存下来。你不仅仅是能够从躺着的状态站起来,你还必须能够在摔倒时不受伤害,”Pratt 说。“我还没有看到多少这样的情况。看到哪些团队能够做到这一点,哪些团队做不到,将会很有趣。”
Pratt 说对了:在 DRC 总决赛中的大多数机器人,摔倒是必然的。但他的先见之明,即在比赛前练习摔倒和恢复,却被公然忽视了。在到达波莫纳之前,没有一个团队在没有安全绳的情况下进行过完整的摔倒场景演练。尽管媒体被邀请,但后来又被拒绝参加赛前测试运行,DARPA 可以在那里评估机器人的整体能力,但无论组织者在那里看到了什么,都说服他们再次削弱了比赛。
机器人没有被强迫自己站起来。几乎所有机器倒下的队伍都只是接受了 10 分钟的时间处罚。有些队伍多次这样做,暗示了一种情况:响应人员带着一整队相同、笨拙的机器人来到灾难现场,并清楚地知道它们可能会在面对门把手或几个台阶这样令人恐惧的障碍物时面朝下摔倒。至于那些新增的队伍,它们必须从趴着的状态站起来,但在比赛中却不见踪影。当机器人在 DRC 中摔倒时(这种情况经常发生),它们不会站起来。它们要么像尸体一样躺在那里,要么继续在似乎不可避免的失去平衡之前进行的任何运动。随着一次又一次的摔倒,人形机器人的状态暴露无遗,其令人失望的脆弱性展露无遗。那些本应应对灾难的机器人,却等待着一群人类将它们扶起来,这已经很糟糕了,现在反而显得更糟了,它们像是笨拙的幼儿和迷失方向的老人的混合体。观众一次又一次地看到团队成员和 DARPA 工作人员在电缆和龙门架之间挣扎,并用尽力气(请记住,这些机器人的重量大多在 200 到 400 磅之间),而断电的机器人却无所事事。
唯一的例外是 CHIMP,这是一台本应不可能摔倒的机器人。出乎所有人的意料,它确实摔倒了,在打开门后,它将手臂伸向前方,遇到了模拟设施内外地面之间两到三度的不平。机器人的重心在瞬间变得不理想。CHIMP 倒下了。

接下来是整个比赛中最紧张的几分钟,机器人——凭借其引人注目的、受灵长类动物启发的出色设计,以及在总决赛前媒体的关注(包括我们自己的)——努力站起来。这并不优雅,也不快。一次重置和相应的时间处罚将毁掉这个有前途的机器人赢得比赛的机会。每一次失败的、不体面的挣扎,都让 CMU 更有可能加入 DRC 那悲哀的传统,即将机器人当作一个机械残疾人来对待。所以,当 CHIMP 最终四肢着地,重新滚回比赛中时,这简直是一个胜利。
或者至少当时看起来是这样。不可否认,CHIMP 最终获得季军是由于其世界级的工程技术、CMU 机器人人才的深厚实力,以及团队成员那种难以量化的毅力和勇气。他们没有屈服于重力。他们做了其他任何团队在 DRC 中都没有尝试过的事情。他们站起来了!但是,在一个本身就是失败的竞赛中取得成功是可能的。
DRC 之所以失败,并不是因为参赛者懒惰,或者不胜任。对于任何进入决赛,甚至进入迈阿密预选赛的团队来说,都不是这种情况。它在自身的标准上失败了,并且在竞赛过程中发生了转变。2012 年的 DRC 是对几年后机器人可能达到的能力的惊人展望。2015 年结束的 DRC 是一次现实的检验。最糟糕的是,它未能吸引或至少保持公众的注意力。该活动进行了网络直播,但没有电视转播。专注于科技和科学的媒体报道了总决赛,但不足以引起主流媒体的兴趣。多年的努力和数千万美元的资金汇聚成了一场似乎没有人关心的活动,尽管它包含了行走、驾驶、抓取工具的人形机器人。
这是一次毫无科学依据的调查,但我家人和朋友中没有人知道 DRC 总决赛正在进行。这包括我那在 NASA 工作(一个拥有 DRC 参赛队伍的国防承包商)的兄弟,以及我那个参加洛克希德·马丁公司赞助的工程项目的 11 岁侄子。竞赛结束后,在我那群“宅男”的社交圈里,唯一读过或看过相关报道的人是我岳父。他唯一的收获是:五角大楼举办了一场比赛,一群机器人都摔倒了。
可悲的是,他说对了。DRC 是一场高风险、资金雄厚的机器人竞赛,结果却十分可笑。它的景象是机器人毫无缘由地脸朝下摔倒,而不是英勇(或可怕)的机器砸穿混凝土墙。即使在其严重降级的状态下,这些任务对除少数机器人之外的所有机器人来说都过于困难。2007 年 DARPA 的 Urban Challenge 结束时,无人驾驶汽车似乎已成为必然,全世界都在关注。汽车在模拟城市中行驶,没有人驾驶或远程控制,只有几辆车发生了碰撞。这是一次全球性的启示。这一次,DARPA 最好的希望是有人足够关注 DRC 来嘲笑它。
但 DARPA 之前经历过这种情况。在 Urban Challenge 取得颠覆性成功之前,还有该机构的第一个 Grand Challenge。2004 年,25 辆自动驾驶汽车挑战了莫哈韦沙漠中长达 150 英里的赛道。“每辆车都失败了,离得最近的是 CMU,它跑了七英里半,然后撞上了一块巨石,”Anki 的首席执行官 Boris Sofman 说,Anki 是一家总部位于旧金山的、生产自动驾驶玩具车的公司。Sofman 在 CMU 机器人研究所获得了博士学位,他做出了我希望自己能获得的联系:DRC 与 Urban Challenge 相比令人印象深刻,但更好的比较是第一个 Grand Challenge。“但在短短三年后,他们就有了在城市环境中驾驶的自动驾驶汽车,有移动的车辆,遵守交通规则,”Sofman 说。“不到 10 年后,我们有了真正意义上的自动驾驶汽车,它们在很多测试的道路上的功能已经超越了人类。”
DARPA 对 2004 年 Grand Challenge 的回应是大胆的。第一届比赛的奖金(包括一百万美元的一等奖)无人认领,该机构又安排了 2005 年的沙漠比赛。但第二届 Grand Challenge 不仅仅是一次简单的重赛。在某些方面,它比第一届比赛更难,有更多的障碍,以及各种隧道,这些隧道是传感器的潜在障碍。参赛者应对了挑战。五辆车完成了赛道,颁发了奖品,DARPA 相对较快地推出了更具挑战性的 Urban Challenge。
令人痛苦的是,DRC 可能是第一个 Grand Challenge 的精神继承者。但莫哈韦沙漠中的首次失利为后来的机器人汽车竞赛以及商业领域无人驾驶汽车的快速、惊人的创新奠定了基础。如果 DARPA 认真致力于开发能够应对灾难的机器人,或者至少能够在人类环境中导航和运行而不至于让自己显得危险而愚蠢,那么第一步就是认识到失败。DRC 是一次彻底的失败。那么接下来呢?
我的提议并不谦虚,但很简单:再举行一次比赛,并且强制要求机器人摔倒。Gill Pratt 知道摔倒是常态,而不是例外,但没有人听他的。KAIST 团队,也就是赢得了 DRC 200 万美元头奖的韩国团队,是总决赛中少数几个机器人保持直立的队伍之一,这绝非偶然。这是幸运的,因为根据团队负责人 JunHo Oh 的说法,KAIST 从来没有为从摔倒中站起来制定策略。相反,他们只是采取了非常谨慎的态度。结果是足以赢得总决赛的表现,但如果将机器人这种胆怯、迟疑、耗时 45 分钟的慢速行驶应用于真实的灾难现场,很难想象它能完成任何有用的工作。难道一台旨在冲进紧急情况的机器不应该既能以一定的速度移动,又能承受任何人类响应者都能轻松恢复的摔倒吗?
在 DRC 的后续比赛中,机器人将被要求摔倒,耐用性将是优先事项,就像部署的系统一样。机器人制造商在购买或制造执行器时,必须考虑冲击和冗余。尽管 Pratt 的初衷是好的,DRC 最终却鼓励了脆弱的设计。难道应对灾难的机器人不应该是最坚固的吗?DRC 中最令人难忘和尴尬的景象,是一个又一个机器人像被砍倒的树一样直挺挺地翻倒,这或许可以被更鼓舞人心的景象所取代,即机器重新站起来。
新的任务,或者更接近 DARPA 最初提出的难度的任务,也会令人兴奋。但这些细节留给比我聪明得多的人去解决。如果 DRC 有一个最重要的教训,那就是人形机器人是摔倒的机器人。而且,通往不那么笨拙的人形机器人的道路将是漫长而布满破碎零件的。如果 DARPA 不再举行 DRC,那么第一次 DRC 就只不过是一份令人沮丧的现状更新,对于少数意识到它发生的人来说,它将是一次孤立的失败。但如果下一场比赛更具挑战性、更现实,那么上一场比赛就会像我们许多人希望的那样具有历史意义。