四足、受狗启发的仿生机器人已经能够胜任各种任务，从远程监控体育场馆和为盲人引路到检查潜在危险的研究区域。这些机器人通常比它们笨重的双足同类更敏捷，但它们大多未能达到其毛茸茸的犬类灵感的流畅优雅和运动能力。现在，一款新的攀爬墙壁机器人正在挑战这些四足机器人的能力极限，而且它做得很有风度。
苏黎世联邦理工学院的研究人员正试图通过一款新的高度移动机器人来缩小机器人与动物之间的移动能力差距，该机器人能够奔跑、跳跃和爬行，穿越障碍赛道。
研究人员在本周于《机器人科学》杂志上发表了他们的研究成果，旨在教会由ANYbotics公司制造的、重达100磅的四足机器人ANYmal，如何模仿人类“自由奔跑者”——这些人从事一项被称为“跑酷”的地下运动。
简而言之，跑酷的核心是尽可能快地从一个点到达另一个点，并且通常包括在途中迅速爬行和跳跃通过障碍。跑酷在障碍赛道或甚至在密集的城市区域进行，需要运动能力和快速决策能力的结合。ANYmal 能够胜任这项任务。经过改进的机器人能够以每秒六英尺的速度完成基本的跑酷赛道。
ANYmal 是如何学会跑酷的？
苏黎世联邦理工学院分享的一段视频展示了新训练的ANYmal的动作：它爬上一个矮木楼梯，然后越过一个小缺口，落在另一个平台上。机器人步伐不停，向前冲去，然后俯冲下来，像一只搜寻的昆虫一样在障碍物下爬行。ANYmal 迅速撑起身子，以便能够垂直爬上另一个比它身体稍高的箱子。视频显示，即使障碍物的顺序被打乱，机器人也能完成赛道。
ANYmal 使用车载激光传感器来感知其环境并创建地图，用于自主规划和执行行进路径。四条轻质碳纤维腿和12个相同的电机驱动它向目标前进。苏黎世联邦理工学院的研究人员通过使用一个由三个独立模块组成的神经网络来改进机器人的运动，每个模块分别负责运动、感知和导航。
在他们的论文中，研究人员表示，他们开发了ANYmal的导航系统，使其能够理解机器人在行走、跳跃和蹲伏方面的能力。有了这种上下文，ANYmal 可以根据遇到的障碍类型自动调整其行为。最终结果是：一个能够快速识别和应对各种障碍并穿越
它们的机器人。
苏黎世联邦理工学院博士生 Nikita Rudin 是参与 ANYmal 改进的研究人员之一，据报道他本人是一名跑酷爱好者，并在研究中运用了他的经验。
“在项目开始之前，我的几位研究同事认为有腿机器人已经达到了发展的极限，但我有不同的看法，”Rudin 最近告诉《科学日报》。“事实上，我确信有腿机器人的机械结构还有很多潜力可以挖掘。”
研究人员使用完成跑酷赛道的人类自由奔跑者的例子来训练模型。ANYmal 通过在重复的模拟环境中进行基本的试错学习新技能。最终，机器人被部署到一个真实的障碍赛道，在那里它利用在模拟中学到的经验完成了赛道。
“通过努力匹配自由奔跑者的敏捷性，我们可以更好地理解从感知到驱动的整个流程中每个组件的局限性，规避这些局限性，并普遍提高我们机器人的能力，这为许多新应用铺平了道路，例如在倒塌的建筑物或复杂的自然地形中进行搜索和救援，”研究人员在一份声明中表示。
跑酷的灵感可以改进用于搜索救援和太空探索的机器人
与人类自由奔跑不同，ANYmal 的新技能不仅仅是为了看起来酷。展望未来，研究人员认为类似的改进可以应用于搜索救援机器人，帮助它们跨越障碍物或爬入难以进入的区域，以便在搜索和救援任务中触及这些地方。研究人员指出，有一天，这些同样的进步甚至可能有助于太空探索机器人穿越月球和其他行星崎岖的岩石表面。此外，这种能力还可以应用于四足机器人调查日内瓦大型强子对撞机危险区域。
这些用途目前在很大程度上仍是假设性的。与此同时，ANYMal 将与波士顿动力公司的 Spot 和 Atlas 机器人等一起，加入日益庞大的金属机器名单，这些机器正在以令人难以置信的方式表演曾经只属于生物的运动技能。
