致命的滑稽表演:DARPA 机器人挑战赛的最后、艰苦的阶段会杀死人形机器人吗?

失去辅助装置后,五角大楼比赛中的许多机器人都会跌跌撞撞。

昨天,DARPA公布了 两项重要消息,涉及世界上最宏伟的机器人竞赛的最后阶段。

第一项是参加6月5日至6日DARPA机器人挑战赛(DRC)决赛的全部参赛队伍名单。共有25支队伍将在为期两天的比赛中角逐,其中包括一支来自中华人民共和国的队伍。换句话说,五角大楼有可能将高达200万美元的奖金颁发给中国机器人研究人员团队。对DRC的密切关注者来说,这种情况并不会引起轰动,因为DRC的目标是促进能够被派往对人类而言过于危险的灾难区域的机器人救援人员的发展。拯救生命,减轻大规模灾难的影响,应该是一项非政治性的事业。尽管如此,可以肯定地说,中国在五角大楼资助的比赛中的表现(无论成功还是失败)将受到广泛关注。

DARPA公布的另一项重大消息在技术上更为重要,并且可能非常有趣。“我们要切断电源,”DRC项目经理Gill Pratt在昨天的电话简报中说。“所有的机器人都没有系绳。”6月份参赛的机器将没有电源线、通信线,或者——这是最重要的一点——安全绳。

让我们明确一点:机器人将在DRC决赛中摔倒。从意大利队的WALK-MAN到日本的HRP2,25个机器人中大部分是双足机器人,体型与人类大致相当。许多团队实际上使用的是同一款人形机器人——Atlas,这款机器人高6英尺,由波士顿动力公司(在被谷歌收购之前)制造,并提供给那些专注于软件而非硬件的入围团队。

“所有的机器人都没有系绳。”

在DRC这样的比赛中,模仿人类形态是有优势的。在即将举行的决赛中,每个机器人将有一小时的时间来完成一系列任务,包括搬运碎片、转动阀门以及用电动工具锯开墙壁。然而,第一项任务是让机器人驾驶一辆效用车辆行驶约100米,并在无人协助的情况下自行出来。团队可以选择跳过某项任务,但这会失去相应的分数。赢得DRC几乎完全取决于你的最终总得分,得分相同者则通过总完成时间来决定胜负。因此,拥有一个能放在座位和方向盘之间的机器人臀部,可能意味着胜利与失败的区别(这些车辆类似于经过加固的高尔夫球车)。

然而,人形机器人几乎总是在自我毁灭的边缘。双足运动是一种持续的平衡行为,任何失误或片刻的疏忽都可能导致摔倒。尽管人类对摔倒有健康的恐惧,但我们很幸运地拥有各种柔软而有弹性的组件来保护我们更脆弱的部位。如今的机器人很少有这么幸运。典型的人形机器人将它们的骨架暴露在外。结合这种易碎的倾向和完全缺乏生物本能(用于缓冲撞击或保护自己免受最严重的伤害),摔倒就是人形机器人最可怕、最挥之不去的敌人。

在2013年的DRC选拔赛中,机器人摔倒得厉害。安全绳虽然阻止了比赛变成一场滑稽剧,但这些保护措施现在已经被取消了。而且,更糟糕的是,Pratt解释说,如果机器摔倒了,人类队员不能简单地冲上赛道将其扶起来。机器人必须自己站起来,否则将被淘汰。事实上,那些没有经过2013年体力测试就晋级决赛的团队,必须证明自己能够从俯卧姿势站起来。DARPA知道,摔倒很可能成为决赛的一个重要环节。

如果摔倒变得尴尬地普遍,Pratt有一个备用计划——团队可以撤回机器人,将其重新放置在起点。这大致模拟了在第一个机器人失败后,将第二个机器送入灾难区域。但是,在这个过程中时钟不会停止,在机器人被撤出之前完成的任务也不会获得新的分数。无论是身体上的不适、立即被淘汰,还是耗时的返回起点,一次摔倒都可能意味着DRC中的一切。你的机器人无论多么强壮、敏锐和灵活,如果它无生气地躺在赛道上,又有什么关系呢?

理论上,腿是很好的。

暂且不谈比赛,DARPA关注机器人摔倒的问题是正确的。那些旨在与人类一起工作、甚至拯救他们生命的机器人,应该是迄今为止制造的最安全的机器人。我们不应该抱有侥幸心理,仅仅希望一个不稳定的类人机器人能在混乱不堪的灾难区域里度过美好的一天。机器人工程师应该非常有把握地知道,他们的创造物不会倒在他们试图拯救的人身上。

对于那些任务不那么“英雄”的机器人来说,这一点也是成立的,例如家政服务机器人。为了提高效率和熟悉度而模仿人体值得吗?如果你的“ Rosie the Robot ”式的机器有任何摔倒并压到正在爬行的婴儿的风险呢?

从一开始就很清楚,DRC将是人形机器人的熔炉。DARPA在这方面做得非常出色,选择了人类形状的机器是显而易见的解决方案。理论上,在福岛核电站灾难期间,腿对于那些iRobot履带式机器人无法到达的地方是很好的。手臂和手可以将机器人从一个简单的侦察兵和目击者转变为一个积极的参与者。现在,DARPA再次展现其聪明才智,通过“火烧人形机器人的脚”,迫使团队解决这类机器人最大的劣势。

CMU's CHIMP standing upright
图片来自 The Tartan

这就引出了四款机器人,由于其刻意非人类的形态,它们突然看起来比以往任何时候都更有前景。当被问及机器人摔倒的问题时,Pratt指出并非所有参赛机器人都在同样危险的境地,并点名了卡内基梅隆大学的灵长类动物启发式机器人。“其中一些机器人,我以CMU的CHIMP为例,实际上被设计成几乎不可能摔倒。如果你在我们网站上看到CMU的机器,它就是所谓的‘静态稳定’,这意味着它很难翻倒。”

CHIMP能够相对直立地站在两条腿上,但就像它的名字一样,它的绝大部分运动是通过四个肢体进行的,在瓦砾上爬行而不是走过去。然而,与生物灵长类动物不同的是,该机器人还可以利用其脚部和前臂上的履带在光滑的地形上滚动。另一个值得认真对待这款机器人的原因是它的血统。CMU在2007年赢得了DARPA的上一届机器人竞赛——城市挑战赛。当时的大部分团队已经离开了(包括现任谷歌无人驾驶汽车项目负责人Chris Urmson),但该大学仍然是机器人领域的巨头。

NASA JPL's RoboSimian posing
JPL-Caltech

另一款值得关注的非人形机器人是NASA的四足机器人 RoboSimian。它由喷气推进实验室(JPL,著名的“精神号”和“机遇号”火星探测器的诞生地)的研究人员创建,没有真正的前后之分,可以几乎在任何方向爬行,重新定位自身所需的时间和能量极少。但它也天生稳健。“摔倒的问题是RoboSimian设计的关键方面,但也许不仅仅是最明显的方式,”JPL机器人首席研究员Brett Kennedy说。因为它是静态稳定的,所以在人类监管者制定策略的漫长过程中,机器人可以节省电池电量。一个类人机器人必须在同样的等待期间消耗电力来保持平衡。“RoboSimian是一个非常有耐心、节省能源的机器人,”Kennedy说。在DRC中,能源消耗是否起作用——机器人在一次运行中无法充电,而运行时间可能长达一小时——电源存储和管理将在未来多年内仍然是现实世界中机器人的挑战。像RoboSimian这样的机器可能能够蹲伏数小时待命,而一个类人机器人可能必须持续寻找强化椅子来让它疲劳的执行器休息。

NimbRo团队

DRC领域的一个后来者是 Momaro,它的类人上半身像半人马一样,从一个带轮子的四足平台上升起。由德国波恩大学的研究人员建造,Momaro的腿高度可动,可以根据需要有效地向下折叠或向上伸展,包括跨越相对较高的障碍物。

Karl Castleton

最后,在非人类机器人中最具黑马潜质的可能是 Team Grit Robotics,其成员来自科罗拉多州立大学和亚马逊等一系列学术机构和私营公司。他们的四足机器人Cog-Burn是相对轻便的,仅重37磅,部分由3D打印部件制成。虽然一些参赛机器人的造价高达100万美元,但Team Grit Robotics仅用了约2万美元就组装出了Cog-Burn(Momaro也是自筹资金)。

我之所以不突出这些团队,不是因为它们本身就注定要在DRC中获胜或获得名次。决赛唯一确定的就是它们将是不可预测的。现在,2013年比赛的最高得分队伍已不再参赛(谷歌在那些测试之前不久收购了支持该队伍的日本公司,并 悄悄地将其淘汰了),没有已知的冠军可以击败。除了八项与前次体力测试相似的任务外,DARPA还将增加一项神秘任务,将在决赛中公布。但这里面临的不仅仅是数百万美元的奖金。类人机器人是众所周知的无用的机器人设计,像本田Asimo这样的机器人只擅长跳舞和鞠躬取悦我们。DRC将是类人机器人要么一劳永逸地证明自己,要么退居幕后的时候。像CHIMP、Cog-Burn、Momaro和RoboSimian这样的机器人可能会对双足机器人的发展造成严重打击。

但再次重申,DRC也是机器人摔倒并摔得粉身碎骨的地方。这对全人类来说都是有趣、干净的乐趣。

 

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