智东西(公众号:zhidxcom)
文 | 王颖

机器人看似是现代科技的产物,但其实早在千年前,人类就产生了对“机器人”的幻想。

西周时期,有一位能工巧匠名叫偃师,他为周穆王献上了一个木制的能歌善舞的伶人,这也是中国历史记载中最早出现的机器人形象。

追溯到千年之前,从偃师为周穆王献上歌舞人偶,到鲁班造云梯、墨翟做木鸳,中国人的机器人梦从千年以前就开始了。

今天,机器人在现代科技和人工智能的发展下,不论智能程度还是外形,都开始越来越接近人类。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

当前,大型仿人机器人已经成为了全球机器人最前沿的研究,这其中包括著名的波士顿动力Atlas本田的ASIMO和中国制造的Walker。

Walker的出现意味着中国正在探索人形机器人的前沿科学,并在很多细分领域逐步成为领先者。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

2019 CES,优必选大型仿人服务机器人Walker新一代首次全球亮相。今年大年三十,Walker在春晚上,秀了一把歌舞,向全国人民展示AI技术实力,最近,它又走上了国际顶级机器人学术会议IROS的舞台,在学术圈圈粉。

作为中国在大型仿人服务机器人之路上探索的先行者,我们与研发团队进行了深入的交流,期望可以还原Walker的“成长”之路,了解到Walker本身发生了哪些从量变到质变的蜕变,Walker背后的团队又经历了怎样的过程才克服、解决了这一系列的世界级难题,让Walker成为真正见证和引领世界仿人机器人技术进展的代表?

一、“10月怀胎”新生Walker又有哪些升级?

今年以来,服务机器人的落地项目开始增多,我们看到了很多商场的引导类机器人、餐厅的送餐类机器人。现在,拥有家用型的服务机器人似乎也不是很遥远的事情了。

2018年CES,Walker第一代首次展出,那时Walker还没有增加双臂,被称为双足机器人,当时它已经可以完成走路、踢球、下楼梯等任务。

经历了1年的算法优化和技术提升后,研发团队为Walker装上了双臂,还增加了柔性交互、人脸物体场景识别、自主导航等更多的AI能力。

在2019年的CES上,增加了双臂的Walker新一代正式亮相,它的全身有36个自研的伺服舵机,拥有视觉、听觉、空间知觉等全方位的感知。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

CES 2019过去10个月左右,Walker又有了进一步的升级。最近在IROS上展示的升级版Walker,在运动性能、安全柔性交互、全身柔顺控制等方面进行了算法迭代和功能提升。

运动性能方面,研发团队对Walker的行走步态进行了优化和升级,使其行走状态更接近于人类行走,并进一步提高了最大行走速度,目前Walker最快行走速度可超过2km/h。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

Walker增大关节的运动范围的同时,升级优化了上楼梯的算法,实现了一秒一个台阶的楼梯步态,运动速度上已非常接近于人类速度。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

为了增加仿人机器人的表现力,研发团队提取了人的实时姿态,将人类自然运动所产生的轨迹映射到Walker上。

Walker还升级了静态平衡能力,可以自主寻找整体重心位置,甚至可以承受很大程度外力干扰,而始终保持稳定状态。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

除了简单的运动能力外,升级版的Walker居然还能完成高难度的太极和瑜伽动作。在这次的IROS会议上,Walker相比上一代在平衡能力上有了很大的提升,能够在做动作时实时控制整体的重心位置,保证在做动作的过程中不会摔倒。

安全柔性交互方面,研发团队对Walker的力控技术进行了升级,让Walker能够更安全地与环境和人类交互,让机器人自身和人类都避免受到伤害。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

在演示擦桌子的过程中,Walker可以保持合适的力将板擦在桌子表面摩擦,将笔迹擦除干净。研发团队为Walker加入了力位混合控制方法,能够精确控制Walker手掌和外界接触的力的大小。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

双臂协同也是新一代Walker的重点升级技术,通过算法满足平稳推车的目标,Walker双臂保持一定柔性,来适应地面和小车的轨迹误差。在推车过程中,Walker可以协同双臂末端轨迹、足端末端轨迹、机器人质心位置和对小车的作用力,通过算法满足对地面和小车的同时接触约束,推动小车按照机器人自主生成的轨迹行走。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

全身柔顺方面,Walker的全身柔顺控制可以顺应外力方向做出响应,即增强了交互安全性,又增加了机器人对环境的适应能力。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

视觉智能感知在算法上进行了升级,Walker可以通过实时识别目标物体的位置和姿态,实时调整手掌的抓取位姿,即使杯子不停移动也能准确将水倒入杯中。

这四年里经过不断的技术迭代,升级版的Walker已经掌握了新的“武林秘籍”,在IROS会议上展示了快速动态上楼梯、单足站立、“瑜伽下腰”、力控擦桌子、推车行走等更接近人类的灵活运动。

千年前偃师的歌舞人偶具有以假乱真的人形形态,但它能做的只是重复的表演。今天Walker虽然在外形上比偃师的人偶更具“机械感”,但在功能上已经更加接近人类了,它可以像人一样行走、开门、倒水,甚至像人一样做瑜伽、打太极。

二、从智能助手到机器人家庭成员

机器“人”这个概念似乎离我们的生活还很远,即使是人工智能和科技发展到今天,我们接触到的更多的还是一些名为机器人,实际只是智能交互软件的硬件载体。

现在我们追求的不仅是一个能为我们做事的机器人,而是一个能“服务”我们的机器人,这种服务除了为我们处理日常琐事,端茶倒水之外,还包括精神上的陪伴。

从IROS上的展示来看,Walker更像是一个机器人智能助手,现在它能完成开门、倒饮料等简单动作。Walker正在朝着像人、服务人的层级发展,像人和服务人就是满足人类对陪伴我们另一个物种的需求。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

在IROS上Walker已经展示了做瑜伽、打太极、模仿人类动作的能力。未来,进入家庭中的Walker将可以和人类一起完成某件事,比如边陪你做瑜伽边聊天,还能在你劳累时即时递上一杯水,成为一个兼具生活帮手和精神陪伴属性的家庭一员。

现阶段我们能接触到的服务机器人能做的还是些单调的重复性动作,但人类对机器人的幻想是要把它变成可以与我们交流、理解我们、陪伴我们的另一个物种。

在我们追求更加智能的服务机器人之路上,陆续诞生了智能语音助手、儿童教育陪伴机器人等产物,随着用户需求领域的细分,这些智能产品都有了独立的发展方向。而大型仿人服务机器人的探索还在路上。

在纪录片《明天之前》中,我们看到了人类对机器人精神陪伴功能的需求。纪录片中三位拥有机器人伴侣的代表讲述了他们对于机器人陪伴人类的观点。

虽然他们选择的机器人伴侣数量、外貌特征都不相同,但都是出于同一个目的,他们想和更理解自己的“人”在一起,想让生活中的交流变得更加简单舒适。

和机器人的交流是可以培养的,经过算法的优化,人类和机器人的“灵魂契合度”甚至可以达到完美的地步。

Walker在运动性能、安全交互、视觉感知等方面不断进行算法优化,今天它能做到的是为人类提供基础的服务和陪伴,未来也许它也可以成为人类家庭中真正的一员,可以像家人一样理解、守护、陪伴你。

未来,当机器人在认知智能、感知智能和运动智能上都有了更高的技术水平,具备了更自然的交互能力之后,大型仿人服务机器人也将更好的服务人类。

三、Walker步入全球仿人机器人技术探索前列

大型仿人机器人的研发,是一条全球赛道,不仅中国公司在探索。

美国波士顿动力1992年成立之初就开始进行Atlas的相关研究了。波士顿动力经历了被谷歌收购,又转卖给软银,在公司经历不断的动荡期间,也没有停止在大型仿人机器人上的研究。

日本本田公司早在1986年就开始研发ASIMO机器人了,拥有33年的研发经验累积。

在大型仿人服务机器人的中国代表,就是Walker。

人工智能领域世界级专家戴维·拉维预言,2050年会有人和机器人结婚。这在一定程度上也体现了人类对机器人功能需求的多元化,我们要的是一个能服务我们、陪伴我们、理解我们的伙伴。

为了让机器人真正走进家庭,Walker的研发团队在成本控制上也下足了功夫,自研伺服舵机,硬件模块化应用,减少机器人的制造和维护成本。

作为面向家庭服务的机器人,Walker想要落地,就要做到成本可控。模块化的应用在生产组装中可以实现机器人单体的性能测试。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

家庭环境也有很大的差异,对机器人的行走能力要求就会更高,Walker的产品设计思路更贴合现实应用的需求。比如在类人步态算法的提升,Walker需要在平地、地毯、楼梯上都能自如行走。

服务机器人在操作方面需要与人和物体进行交互,因此在感知和力的控制方面就有更高的要求。Walker在安全柔性交互、语音交互、计算机视觉上都进行了算法的提升,避免机器人和人类在交互中收到伤害。

应用,已经成为了大型仿人服务机器人的攻坚目标。Walker的研发团队表示:“我们希望赋予Walker更协调的全身运动能力。让大型仿人机器人能够真正走出实验室,走入真实的用户场景中给大家带体验。目前Walker已经面向科技馆、展览馆、高校等展开合作,希望能有越来越多的普通人了解大型仿人服务机器人的最新前沿进展,越来越多的专业人员能和我们一起帮助Walker成长。”

结语:机器终将变成机器“人”

智能机器人是目前机器人发展经历的最复杂阶段,机器人承载的是人类对创造出另一个物种的渴望,我们期待着早日制造出一个可以服务人类、陪伴人类的新物种。

今天,Walker已经具备了步态行走、平衡提重物和避障抓取等能力。可以预见,未来Walker将在我们的日常生活中扮演重要的角色。

从机器人到机器“人”,Walker迭代技术攻坚路

 

比如你在雨天出门前,为你打开门并及时递上一把伞,在你到家前先为你放好洗澡水,在你需要加班时先帮你把小孩哄入睡。这一切都将不再是想象,Walker将不再是一个冰冷的机器,而是一个可你为你打理生活琐事、帮你照顾孩子、陪你工作聊天的伙伴。

机器人发展到现代,开始从神话般的幻想落到实用性的需求上了。人类对机器人的需求开始转变,机器人也可以与人类交流,实现从家庭服务到情感陪伴的全方位守护。