波士頓動力機(jī)器人研發(fā)細(xì)節(jié)分析

　　近期，IEEE Spectrum以YouTube熱議的機(jī)器人跌倒視頻為起點(diǎn)，采訪了敏捷機(jī)器人和波士頓動力的三位機(jī)器人研發(fā)專家。三位研發(fā)專家詳細(xì)解釋了公眾關(guān)心的機(jī)器人跌倒原因及研發(fā)人員的態(tài)度。

　　此前，波士頓動力公司發(fā)布的機(jī)器人跌倒視頻在YouTube上廣為流傳。公眾對機(jī)器人跌倒持有不同的態(tài)度，部分公眾只當(dāng)作搞笑視頻，部分公眾則對機(jī)器人研發(fā)人員工作的可靠性提出質(zhì)疑。

　　敏捷機(jī)器人公司（Agility Robotics）首席機(jī)器人官Jonathan Hurst、客戶體驗(yàn)主管Bambi Brewer和波士頓動力公司（Boston Dynamics）首席技術(shù)官Aaron Saunders則在此次采訪中對公眾疑問作出回應(yīng)。三位機(jī)器人研發(fā)專家的討論以機(jī)器人跌倒為中心，主要包括了解機(jī)器人跌倒的原因，以及面對不同類型的原因，研發(fā)人員所采取的解決措施。

　　在采訪中，三位機(jī)器人研究人員均表示，人們無需對機(jī)器人跌倒過度緊張。一方面，機(jī)器人跌倒是機(jī)器人研究過程中的重要一環(huán)，通過機(jī)器人跌倒的速度、角度及場景等，研究機(jī)器人跌倒的原因，并更新系統(tǒng)算法，設(shè)置相應(yīng)的跌倒保護(hù)機(jī)制等。另一方面，對于部分意外失誤，研究人員進(jìn)行了分情況討論：如果失誤場景值得學(xué)習(xí)，那么研究人員應(yīng)回溯意外發(fā)生場景，并不斷優(yōu)化機(jī)器人；如果失誤僅是意外或者在合理范圍內(nèi)，那么研究人員會繼續(xù)原有的研究進(jìn)程。

　　此外，對于公眾的關(guān)注，三位研發(fā)人員也表示，公眾可以用平常心看待機(jī)器人跌倒。對于機(jī)器人研發(fā)人員而言，機(jī)器人跌倒是研發(fā)過程中的常事。尤其在研發(fā)過程中，機(jī)器人暴露的問題越多越好。如果一款機(jī)器人產(chǎn)品將面向公眾發(fā)布，研發(fā)人員也會盡可能在研發(fā)前期解決各項(xiàng)問題，向公眾發(fā)布一款安全成熟的機(jī)器人產(chǎn)品。

　　以下為此次采訪的匯總：

　　一、對于機(jī)器人跌倒，公眾傾向于圍觀，而研究人員傾向于糾錯

　　問題一：為什么人們對機(jī)器人跌倒反應(yīng)如此強(qiáng)烈？

　　Jonathan Hurst：人們會發(fā)布寵物或孩子的有趣視頻，比如寵物做出了一些你很認(rèn)同的反應(yīng)等。當(dāng)它是一個(gè)通常不會這樣做的機(jī)器人時(shí)，這就更有意思了。因此，當(dāng)Digit看起來像是“我厭倦了做這項(xiàng)工作”并倒下時(shí)，人們會說“機(jī)器人我懂你”。但是當(dāng)人們對機(jī)器人跌倒習(xí)以為常的時(shí)候，人們的新鮮感就沒了。

　　Bambi Brewer：制造機(jī)器人的專家花了很多時(shí)間試圖展示機(jī)器人最好的一面。機(jī)器人的移動方式看起來是機(jī)械性的重復(fù)。所以公眾看到機(jī)器人跌倒的時(shí)候會覺得很有趣，因?yàn)楣姼?xí)慣的是機(jī)器人一板一眼的動作。

　　問題二：機(jī)器人跌倒和人類跌倒有何不同？

　　Jonathan Hurst：我現(xiàn)在對機(jī)器人的看法就像一個(gè)兩歲半的孩子。他們比成年人更頻繁地跌倒，這并不嚴(yán)重。機(jī)器人有時(shí)會磕到膝蓋，有時(shí)會打破一些東西。但我認(rèn)為，這是一個(gè)學(xué)習(xí)的過程，最終這些機(jī)器人會比人類更不易跌倒。但以物理學(xué)的角度而言，機(jī)器人跌倒的頻率可能與人們的頻率相似。

　　但是談到物理學(xué)時(shí)，這實(shí)際上意味著機(jī)器人能夠擁有超人的能力。機(jī)器人可以擁有接近人類的力量和速度，所以你可以用機(jī)器人承擔(dān)更大的風(fēng)險(xiǎn)。

　　也就是說，我不在乎機(jī)器人是否會壞。但我們會在乎人是否會受傷。

　　問題三：你認(rèn)為人形機(jī)器人以非人類的方式跌倒或許是人們對這些視頻反應(yīng)如此強(qiáng)烈的部分原因嗎？

　　Aaron Saunders：當(dāng)人類跌倒時(shí)，我們會伸出四肢，試圖保護(hù)我們的頭部。但是機(jī)器人可以比人類更好地處理某些類型的沖擊和力。機(jī)器人跌倒時(shí)臉先著地是一個(gè)很好的例子，它看起來似乎很糟，但實(shí)際上可能并不壞。

　　二、在研究人員眼中，機(jī)器人跌倒是機(jī)器進(jìn)步的契機(jī)

　　問題四：你的機(jī)器人跌倒有多正常？

　　Aaron Saunders：我們在Atlas上所做的幾乎所有努力都是為了突破極限。我們不會規(guī)避跌倒，因?yàn)闄C(jī)器人沒有跌倒意味著我們沒有徹底了解機(jī)器的性能和它的問題。在我們的開發(fā)工作中，它一直在跌倒，這一方面因?yàn)槲覀兊膶?shí)驗(yàn)壓力，另一方面因?yàn)閷?shí)驗(yàn)環(huán)境仍然風(fēng)險(xiǎn)較小。所以，我們沒有公開發(fā)布Atlas。

　　而對于Spot來說，跌倒可能是一種更大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橐呀?jīng)對外發(fā)布了。每周，我們的內(nèi)部測試Spot車隊(duì)都會步行約2公里，我們也將它們放在不同的測試單元中，例如在巖石上、格柵上、越過障礙物以及濕滑的地板上行走。我們希望對所有這些東西進(jìn)行穩(wěn)健性測試，并嘗試將跌倒的情況降至最低。

　　問題五：你的機(jī)器人跌倒后會有什么樣的后果？

　　Jonathan Hurst：Digit就是為了跌倒而設(shè)計(jì)的。這就是它有手臂的原因之一——以便在跌倒中幸存下來。當(dāng)我們第一次設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，我們曾設(shè)想機(jī)器人或許在某個(gè)時(shí)候會掉下來，那我們?nèi)绾伪Ｗo(hù)它？我們曾計(jì)算需要多少填充物才能抵消電子元件的沖擊力。事實(shí)證明，我們需要幾英寸的填充物，導(dǎo)致Digit最終看起來像米其林人。

　　讓Digit安全減速的唯一現(xiàn)實(shí)方法是添加一對手臂樣的附件。Digit的手臂的設(shè)計(jì)目的即為在它跌倒時(shí)進(jìn)行減速緩沖。

　　問題六：在你的開發(fā)過程中，什么時(shí)候你會想讓機(jī)器人正常行走？

　　Aaron Saunders：當(dāng)我們在重點(diǎn)研究其他事項(xiàng)時(shí)，我們會期待機(jī)器人可以正常行走。

　　為了讓機(jī)器人成功跳躍和著陸，我們需要開發(fā)能夠適應(yīng)機(jī)器人整體重量和動力學(xué)的控制算法。這不再是仔細(xì)衡量機(jī)器人邁出的每一步，而是以一種非常強(qiáng)大的方式協(xié)調(diào)機(jī)器人整體移動的重量。因此，當(dāng)Atlas能夠跳躍和跑酷時(shí)，它也讓行走變得更容易。幾周前，我們有一位新團(tuán)隊(duì)成員重新將我們用于跑酷的最新控制算法應(yīng)用到我們的常設(shè)算法中。通過這些新算法，我們看到機(jī)器人處理外部干擾的能力有了很大的提升。如果有人推機(jī)器人，這個(gè)新的控制算法能夠思考并推理機(jī)器人即將出現(xiàn)的所有動態(tài)，從而Atlas在反應(yīng)方面取得了巨大的進(jìn)步。

　　問題七：機(jī)器人的跌倒，有多少是失誤，有多少值得學(xué)習(xí)？

　　Jonathan Hurst：我們一直在尋找可以消除的錯誤。Digit在ProMat（美國芝加哥國際物流展）的崩潰就是其中之一。在那種情況下，研究人員確實(shí)不應(yīng)該設(shè)置緊急停止。

　　Bambi Brewer：跌倒是有人提交錯誤或查看日志的點(diǎn)。這樣技術(shù)人員就可以試圖弄清楚發(fā)生了什么，以及如何確保它不會再次發(fā)生。在ProMat，Digit手臂上的編碼器出了問題，現(xiàn)已完成更新。這個(gè)錯誤以前從未發(fā)生過?，F(xiàn)在如果再次發(fā)生這種情況，機(jī)器人的手臂將凍結(jié)，并且機(jī)器人將保持直立。

　　Aaron Saunders：我們非常清楚Spot的能力，包括它在什么情況下可能會跌倒，機(jī)器人在跌倒后可能會做什么，以及它將如何恢復(fù)站立。Spot能夠在跌落后不會斷裂，并從跌倒中站起來。顯然，我們也處理過一些極端的情況。曾有一位工業(yè)客戶，要求Spot穿過肥皂地板。這基本等于人在冰上行走，這對任何人來說都是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，我們的控制團(tuán)隊(duì)在我們的實(shí)驗(yàn)室中設(shè)置了一個(gè)濕滑的環(huán)境，即在塑料上使用食用油，然后在此環(huán)境下不斷測試Spot?？刂茍F(tuán)隊(duì)想出了如何檢測滑倒并適應(yīng)機(jī)器人步態(tài)的解決辦法，跌倒的次數(shù)逐漸減少。

　　對于Atlas來說，跌倒次數(shù)減少通常發(fā)生在我們關(guān)心的部分之后。我們在那里學(xué)到的是跌倒之前出了什么問題。如果我們正在研究新動作，比如Atlas的空中技巧，那么我們當(dāng)然要做大量的工作來弄清楚為什么會跌倒。但是，如果我們只是在實(shí)驗(yàn)室里走來走去，然后出現(xiàn)一些失誤，那么不必緊張。我們可以讓它重新站起來，重置，然后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。

　　我們不怕跌倒，也不用擔(dān)心機(jī)器人會壞掉。我們的機(jī)器人經(jīng)常跌倒。很久以前，我們就決定，我們要制造可以跌倒但不會斷裂的機(jī)器人。如果你能完成把你的機(jī)器人反復(fù)推向失敗的循環(huán)，研究故障發(fā)生的原因，并修復(fù)它，你就會進(jìn)步，直到機(jī)器人不再跌倒。但是，如果你造一臺永不跌倒的機(jī)器人，那么你將永遠(yuǎn)無法學(xué)會讓你的機(jī)器人不跌倒。

　　問題八：如果機(jī)器人知道它即將墜落，它能做些什么來保護(hù)自己，保護(hù)周圍的人？

　　Jonathan Hurst：當(dāng)你知道自己即將跌倒時(shí)，人會采取一些策略。如果一個(gè)人抱著嬰兒從樓梯上摔下來，他們會有直覺和本能來拯救嬰兒，即使這可能傷害自己。我們可以設(shè)計(jì)我們的機(jī)器人做同樣的事情，讓在它掉落時(shí)保護(hù)周圍的人。

　　Bambi Brewer：除了機(jī)器人安全跌倒之外，我們還需要向人們宣傳一個(gè)非常明確的觀點(diǎn)：不要試圖幫助機(jī)器人，只需退后，讓機(jī)器人自然跌倒。

　　Jonathan Hurst：還有就是要盡早跌倒。如果人不確定自己能否保持平衡，人可能會邁出一步來嘗試糾正，然后朝向一個(gè)不受控制的方向前進(jìn)。所以當(dāng)機(jī)器人開始失去平衡時(shí)，我們可以設(shè)置算法要求機(jī)器人原地跌倒。

　　Aaron Saunders：在控制系統(tǒng)內(nèi)部我們設(shè)置了報(bào)警機(jī)制，當(dāng)機(jī)器人開始做控制器沒有要求它做的事情時(shí)，即觸發(fā)報(bào)警。例如機(jī)器人處于錯誤的速度或角度。如果機(jī)器人可能跌倒，我們將運(yùn)行另一個(gè)控制器阻止其跌倒，例如擺動手臂、移動上半身或者將腿伸出。如果失敗了，還有最后一個(gè)控制器。最后一個(gè)控制器是設(shè)置機(jī)器人姿勢和關(guān)節(jié)剛度的狀態(tài)，以確保最小化它對自己和外部造成的傷害。對于不同機(jī)器人和不同類型的跌倒，我們設(shè)置的程序也是不同的。如果你仔細(xì)看過Atlas跌倒的視頻，你可能會看到機(jī)器人把自己塞進(jìn)一個(gè)小球里。這是程序設(shè)置的形狀和關(guān)節(jié)強(qiáng)度，有助于機(jī)器人減輕沖擊的同時(shí)保護(hù)周圍的物體。

　　然而，有時(shí)這些跌倒的發(fā)生是因?yàn)闄C(jī)器人斷裂。對于Atlas，我們肯定有斷裂的情況。在這一點(diǎn)上，我還沒有好的答案。

　　三、用平常心看待機(jī)器人跌倒

　　問題九：下次有人形機(jī)器人跌倒的視頻上熱門時(shí)，你希望觀看該視頻的人知道什么？

　　Jonathan Hurst：如果Digit倒下了，我希望人們知道，這對機(jī)器人工程師來說是常事。

　　Bambi Brewer：我想讓人們知道，當(dāng)機(jī)器人在真正世界上做真實(shí)的事情時(shí)，意想不到的事情會發(fā)生。你會看到一些跌倒，但這也是機(jī)器人學(xué)習(xí)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中長時(shí)間跑步的一部分。這是意料之中的，這表明你沒有在表演。

　　Aaron Saunders：我認(rèn)為人們應(yīng)該認(rèn)識到，設(shè)備時(shí)有故障是正常的。設(shè)備可以改進(jìn)，并且隨著時(shí)間的推移，設(shè)備也會不斷迭代。因此，當(dāng)人們看到這些故障時(shí)，這可能是機(jī)器人從未經(jīng)歷過的情況。他們應(yīng)該知道我們正在收集所有的故障信息，不斷改進(jìn)和迭代機(jī)器人，他們現(xiàn)在看到的并不代表未來機(jī)器人發(fā)布最終狀態(tài)。那一次的機(jī)器人故障僅代表了那時(shí)的技術(shù)所處的位置。

　　我認(rèn)為我們應(yīng)當(dāng)平衡對機(jī)器人的任務(wù)要求和期望值。人們想要一個(gè)執(zhí)行新任務(wù)的機(jī)器人，如果機(jī)器人一旦出現(xiàn)失敗，他們就會非常緊張。如果我們希望機(jī)器人能不斷執(zhí)行新的任務(wù)，不斷迭代，豐富我們的生活，成為我們的工具，我們就需要依靠時(shí)間來不斷訓(xùn)練它的能力。因?yàn)檫@是新興技術(shù)，而不是既定技術(shù)。

　　人們不需要對機(jī)器人跌倒過于緊張，當(dāng)然，我們也會努力讓我們的機(jī)器人安全可靠。

　　結(jié)語：機(jī)器人研發(fā)需要直面每一次跌倒

　　以Atlas機(jī)器人為例，在2016年面世時(shí)，它走路踉踉蹌蹌，到后來經(jīng)逐步迭代改進(jìn)后，Atlas可以完成一次完美的跑酷。期間Atlas也有各種失敗，比如因?yàn)橥炔恳簤汗鼙讯さ沟鹊取Ｃ鎸@些失敗，Atlas的工程師說，機(jī)器人失敗是最奇妙的部分之一，每一次失敗都有機(jī)會讓機(jī)器人變得更好、更強(qiáng)大。所以在不斷的跌倒、修復(fù)與調(diào)試之后，Atlas才能完成一次近乎完美的跑酷。

　　從公眾角度來看，公眾對機(jī)器人跌倒的討論似乎也對機(jī)器人投射了類似人的情感，而不是僅視為冷冰冰的機(jī)器，所以會衍生諸多討論。從研究人員角度出發(fā)，絕大部分機(jī)器人的失誤都可以發(fā)掘原因，對機(jī)器人進(jìn)行調(diào)試與改進(jìn)。只有做好基礎(chǔ)研發(fā)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)才能持續(xù)健康發(fā)展。

　　編輯：黃飛