【編者按】本文作者@沐陽浸月，中科院自動化所複雜系統中國國家重點實驗室研究生，主攻機器人與人工智慧。
2016年2月23日，波士頓動力公司（Boston Dynamics）在YouTube上發佈了一段關於公司新成果的一段影片，在不到一天的時間就得到了上十萬次的點擊量，這段影片描述的正是新一代Atlas，穩定且出色完成任務的各項場景。
去年年初，為了參加2015年六月初的DARPA機器人挑戰賽，Atlas已經完成了自己的一次進化，其全身的百分之七十五都被重新設計了，只有小腿和腳沿用了上一版的設計，新的設計使得它變得更加強壯、快速、安靜，並且得益於其身後的電池大背包，它已經脫離了電纜的束縛，我在我的文章《2015年，機器人界發生了哪些神奇瘋狂的故事？（上）》的第二點已經有所介紹，寫文章的時候我就認為，波士頓動力在谷歌的協助和資助下，Atlas一定會在未來的幾年以驚人的速度進一步完善。
沒想到僅僅一年的時間，Atlas就完成了它的再一次的升級，波士頓動力公司的出活效率真是快的驚人。下面我們就來看看Atlas的進化史。
截止目前，Atlas的的產品反覆運算大概經歷了三個大的版本更新。第一階段，也就是Atlas的第一版階段，主要的任務便是如何能像小孩子一樣能夠穩定的走路。
1、Atlas第一版
Atlas的設計和生產是由國防高等研究計畫署（DARPA）負責監督，與波士頓動力公司合作。機器人的一隻手由Sandia國家實驗室開發的，而另一個是由iRobot公司開發。在2013年，DARPA的專案經理吉爾普拉特（Gill Pratt）把Atlas機器人的原型版本，和小孩子相比較，他說：「一個1歲的孩子幾乎不能走路，1歲的孩子摔倒了很多......這就是我們現在處於的狀態。」
Atlas機器人是基於波士頓動力公司早期的PETMAN人形機器人，它有四個液壓驅動的四肢。Atlas機器人由航空級鋁和鈦建造，身高約1.8米，重達150公斤，藍光LED照明。Atlas機器人配備了兩個視覺系統——一個雷射測距儀和一個立體照相機，由一個機載電腦控制。它的手具有精細動作技能的能力。它的四肢共擁有28度的自由度。
稍微說明一下PETMAN人形機器人，PETMAN是一個設計用於檢測化學防護衣的人形機器人。為了模擬士兵如何在現實條件下對防護服的作用，PETMAN同樣也是可以自然敏捷地運動的。
不同於以往的化學防護衣測試機械，有限的運動姿勢，PETMAN不僅能平衡自身和自由行走，彎曲身體，而且還能暴露在化學戰劑的操作車間裡面中，做各種對化學防護衣有壓力作用的健美體操。 PETMAN還通過模擬防護服內人體生理學來控制溫度，濕度和出汗來模仿實際的測試條件。
由於PETMAN是一個用於檢測化學防護衣的人形機器人，所以由PETMAN出發，波士頓動力發展出了Atlas人形機器人，來實現運動能力的提升。相信大家看了PETMAN，第一印象一定會想到著名遊戲反恐精英。
我們來說說第一版Atlas主要能完成的任務。第一版的主要特點是Atlas需要一根長長的線進行供電，所以在第一版的各項試驗中，你都會看到Atlas一直都拖著一根長長的尾巴。在第一版的試驗中我們可以看到，Atlas已經可以完成一部分，需要很強平衡性的任務了。
首先，Atlas可以在實驗室環境中，走過鋪滿石塊的道路，並一直保持身體平衡不摔倒。其次，在實驗室環境中，讓Atlas保持單腳站立，引入外部撞擊，我們可以通過影片看出，在撞擊力不是很大的情況下，Atlas仍能保持單腳站立不摔倒。
然後就是在履帶上行走時，在一隻腳的行進路線上放置障礙物，當Atlas踩到障礙物的時候，會自動在下一步更新步態，規劃下一步的落地點離開障礙物。最後就是在野外環境進行行進實驗，實驗環境是一片森林，我們可以看到，在野外環境Atlas也能保持較好的平衡性，只是畫風有點恐怖而已。
其實第一版也有部分改進，最初的Atlas手部很精細，模仿了人的手部設計，後來可能研究人員覺得它的主要任務，不是在精細手部操作，所以就簡化成了兩個圓柱體的手部。
為了更大的發揮Atlas的潛能與作用，波士頓動力決定在DARPA挑戰賽上，選擇幾個參賽組，就利用Atlas參加比賽，完成挑戰任務，挑戰成功的隊伍可以獲得兩百萬美金的獎勵。
第一次的比賽設在2014年的12月份，參賽的六支隊伍有NASA’s
Jet Propulsion Laboratory、Johnson Space Center、 Virginia Tech、Drexel、Carnegie Mellon 和 SCHAFT。第二次的比賽在2015年6月。
不過雖然在前面的實驗室環境，Atlas的表現十分令人滿意，但是到了賽場上卻是帥成狗，不對，是摔成狗。
我們先來看看DARPA挑戰賽要比賽些什麼：
首先機器人進入場地之後要自己開車，然後從這裡鑽出來；
然後開門，鑽過一個門；
然後擰開一個閥門；
然後要鑽過牆上的一個洞；
接下來會有一個神秘挑戰項目……
最後還要搬開一些廢墟，救人之類的項目；
最後的最後，走上樓梯，你就成功了！
一個項目完成得一分，最高分8分，最後靠分數決定名次。
但是比賽中，Atlas的表現如下所示……
2、Atlas第二版
2015年年年初，為了參加六月初的DARPA機器人挑戰賽，Atlas完成了自己的一次進化。也就是Atlas成功進化為第二版。
此次變身，Atlas全身的百分之七十五都被重新設計了，只有小腿和腳沿用了上一版的設計，新的設計使得它變得更加強壯、快速、安靜，並且得益於其身後的電池大背包，它已經脫離了電纜的束縛。
得益於全身升級後的各項組件，新改進的Atlas比第一版本身材更加纖細，體型也更小，更加有效的機載液壓泵，也使得Atlas機器人在移動速度上更加迅猛。
這樣改進的目的也是使Atlas機器人更容易完成一些挑戰，例如要求它擠入專為人類設計的空間。所以這款Atlas的目的，更多的想放入真正的災難救援場景。它可以與上位機進行通信，而且它頭上的保護繩也可以去掉了。
這版Atlas最顯著變化是電源和泵。Atlas第二版的供電系統是板載3.7千瓦時的鋰離子電池組，在完成包括行走，站立和使用工具等動作的情況下可以持續一個小時。強大的液壓泵可以使得Atlas在摔倒時可以有能力自己爬起來。
除了以上兩個主要變化，其他的一些小變化如下：
- 由於採用的材料更加輕便，所以Atlas允許其他材料增加些重量，例如電池和與一個新的泵系統，這兩個增重體現在總重量上並沒有增加多少，升級後的機Atlas高1.88米，重156.5千克。
- 重新設定了位置的肩膀和手臂允許在機器人前面增加更多的工作空間，而且這樣的設置可以讓Atlas看到它自己手臂的運動，這樣就會有更多的感測器資料回饋到上位機的操作員了。
- 新的電驅動下手臂使得Atlas力量更大，更加敏捷，力量感更強。
- Atlas在手腕出增加了額外的自由度，所以它只需要通過旋轉其手腕就能轉動門把手，而不是像以前一樣需要轉動整個手臂。
- 三個板載感知電腦位於Atlas的頭部，用於感知環境和任務規劃，而且它的頭上還有一個無線路由器允許其與上位機進行無線通訊。
- 髖部，膝部和背部的尺寸都進行了重新的優化設計使得Atlas有更大的力量。
- 為了安全操作，Atlas設置了無線緊急制動功能。
- 新泵的另一個特點就是，Atlas以前安靜太多！想想大狗機器人就是因為噪音太大而被美軍嫌棄，心還是塞塞的。
這次和上次一樣，DARPA仍然為挑戰賽的贏家設置了豐厚的獎品：第一名2,000,000美元，第二名1,000,000美元，第三名500,000美元。
3、Atlas第三版
經歷了前兩版，波士頓動力就在2016年2月23日在YouTube上公佈了一段影片，這就是我們看到的Atlas第三版，對於這一版，波士頓動力僅僅在視頻下面寫下了這麼一段話：
“A new version of Atlas, designed to operate outdoors and inside buildings.
It is electrically powered and hydraulically actuated. It uses sensors in its
body and legs to balance and LIDAR and stereo sensors in its head to avoid
obstacles, assess the terrain and help with navigation. This version of Atlas
is about 5’ 9” tall (about a head shorter than the DRC Atlas) and weighs 180 lbs.”
除了影片和這段話，波士頓動力並沒有公佈太多的技術細節和文檔，IEEE Spectrum的記者也在電話聯繫他們想爭取到更多的資訊。所以我們只能從目前已知的一些資料得出一些資訊。
- 這版的Atlas高1.75米，重82千克，均比上一版的高1.88米，重156千克在輕便上有所提升。
- 在視頻中我們可以看到，Atlas在完成搬箱子的過程中，頭上的雷射雷達定位器旋轉飛快，但是在戶外行走的時候，雷射雷達定位器卻一點都不動，所以極有可能戶外行走並不是自主行為，而是人為操控，所以Atlas的自主性有待考證。
- 在搬箱子、出門推門等過程中我們都看到了黑白格點的紙質標記，所以Atlas目前還需要標記點完成物體識別任務，對物體的辨識等機器視覺能力有待提升。
- 這一版最震撼的還是Atlas摔倒了可以自主爬起來的功能，這個功能相對於其他機器人來講，性能已經十分優秀了，而且起身的效率也十分高。不過僅僅影片中的摔倒起身還不足以說明Atlas的魯棒性，因為影片僅僅展示了「狗吃屎」式的摔倒，其他姿勢的摔倒起身功能仍有待考證。
雖然更多詳細的資料我們還沒有看到，但是從影片裡面我們已經可以體會到，這一版的Atlas的功能與性能已經有了很大的飛躍。
- 這一版最震撼的還是Atlas摔倒了可以自主爬起來的功能，這個功能相對於其他機器人來講，性能已經十分優秀了，而且起身的效率也十分高。不過僅僅影片中的摔倒起身還不足以說明Atlas的魯棒性，因為影片僅僅展示了「狗吃屎」式的摔倒，其他姿勢的摔倒起身功能仍有待考證。
在影片的末尾，Atlas推開玻璃門揚長而去的背影，讓我不禁想起了侏羅紀公園裡面迅猛龍學習開門的場景，真是細思極恐啊。
（來自侏羅紀公園劇照）
0 comments:
張貼留言