波士頓動力機器人研發細節分析

　　近期，IEEE Spectrum以YouTube熱議的機器人跌倒視頻為起點，采訪了敏捷機器人和波士頓動力的三位機器人研發專家。三位研發專家詳細解釋了公眾關心的機器人跌倒原因及研發人員的態度。

　　此前，波士頓動力公司發布的機器人跌倒視頻在YouTube上廣為流傳。公眾對機器人跌倒持有不同的態度，部分公眾只當作搞笑視頻，部分公眾則對機器人研發人員工作的可靠性提出質疑。

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

　　在采訪中，三位機器人研究人員均表示，人們無需對機器人跌倒過度緊張。一方面，機器人跌倒是機器人研究過程中的重要一環，通過機器人跌倒的速度、角度及場景等，研究機器人跌倒的原因，并更新系統算法，設置相應的跌倒保護機制等。另一方面，對于部分意外失誤，研究人員進行了分情況討論：如果失誤場景值得學習，那么研究人員應回溯意外發生場景，并不斷優化機器人；如果失誤僅是意外或者在合理范圍內，那么研究人員會繼續原有的研究進程。

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

　　以下為此次采訪的匯總：

　　一、對于機器人跌倒，公眾傾向于圍觀，而研究人員傾向于糾錯

　　問題一：為什么人們對機器人跌倒反應如此強烈？

　　Jonathan Hurst：人們會發布寵物或孩子的有趣視頻，比如寵物做出了一些你很認同的反應等。當它是一個通常不會這樣做的機器人時，這就更有意思了。因此，當Digit看起來像是“我厭倦了做這項工作”并倒下時，人們會說“機器人我懂你”。但是當人們對機器人跌倒習以為常的時候，人們的新鮮感就沒了。

　　Bambi Brewer：制造機器人的專家花了很多時間試圖展示機器人最好的一面。機器人的移動方式看起來是機械性的重復。所以公眾看到機器人跌倒的時候會覺得很有趣，因為公眾更習慣的是機器人一板一眼的動作。

　　問題二：機器人跌倒和人類跌倒有何不同？

　　Jonathan Hurst：我現在對機器人的看法就像一個兩歲半的孩子。他們比成年人更頻繁地跌倒，這并不嚴重。機器人有時會磕到膝蓋，有時會打破一些東西。但我認為，這是一個學習的過程，最終這些機器人會比人類更不易跌倒。但以物理學的角度而言，機器人跌倒的頻率可能與人們的頻率相似。

　　但是談到物理學時，這實際上意味著機器人能夠擁有超人的能力。機器人可以擁有接近人類的力量和速度，所以你可以用機器人承擔更大的風險。

　　也就是說，我不在乎機器人是否會壞。但我們會在乎人是否會受傷。

　　問題三：你認為人形機器人以非人類的方式跌倒或許是人們對這些視頻反應如此強烈的部分原因嗎？

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

　　二、在研究人員眼中，機器人跌倒是機器進步的契機

　　問題四：你的機器人跌倒有多正常？

　　Aaron Saunders：我們在Atlas上所做的幾乎所有努力都是為了突破極限。我們不會規避跌倒，因為機器人沒有跌倒意味著我們沒有徹底了解機器的性能和它的問題。在我們的開發工作中，它一直在跌倒，這一方面因為我們的實驗壓力，另一方面因為實驗環境仍然風險較小。所以，我們沒有公開發布Atlas。

　　而對于Spot來說，跌倒可能是一種更大的風險，因為已經對外發布了。每周，我們的內部測試Spot車隊都會步行約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行穩健性測試，并嘗試將跌倒的情況降至最低。

　　問題五：你的機器人跌倒后會有什么樣的后果？

　　Jonathan Hurst：Digit就是為了跌倒而設計的。這就是它有手臂的原因之一——以便在跌倒中幸存下來。當我們第一次設計機器人時，我們曾設想機器人或許在某個時候會掉下來，那我們如何保護它？我們曾計算需要多少填充物才能抵消電子元件的沖擊力。事實證明，我們需要幾英寸的填充物，導致Digit最終看起來像米其林人。

　　讓Digit安全減速的唯一現實方法是添加一對手臂樣的附件。Digit的手臂的設計目的即為在它跌倒時進行減速緩沖。

　　問題六：在你的開發過程中，什么時候你會想讓機器人正常行走？

　　Aaron Saunders：當我們在重點研究其他事項時，我們會期待機器人可以正常行走。

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

　　問題七：機器人的跌倒，有多少是失誤，有多少值得學習？

　　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，研究人員確實不應該設置緊急停止。

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

　　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，機器人在跌倒后可能會做什么，以及它將如何恢復站立。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挑戰。因此，我們的控制團隊在我們的實驗室中設置了一個濕滑的環境，即在塑料上使用食用油，然后在此環境下不斷測試Spot?？刂茍F隊想出了如何檢測滑倒并適應機器人步態的解決辦法，跌倒的次數逐漸減少。

　　對于Atlas來說，跌倒次數減少通常發生在我們關心的部分之后。我們在那里學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，如果我們只是在實驗室里走來走去，然后出現一些失誤，那么不必緊張。我們可以讓它重新站起來，重置，然后繼續實驗。

　　我們不怕跌倒，也不用擔心機器人會壞掉。我們的機器人經常跌倒。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器人。如果你能完成把你的機器人反復推向失敗的循環，研究故障發生的原因，并修復它，你就會進步，直到機器人不再跌倒。但是，如果你造一臺永不跌倒的機器人，那么你將永遠無法學會讓你的機器人不跌倒。

　　問題八：如果機器人知道它即將墜落，它能做些什么來保護自己，保護周圍的人？

　　Jonathan Hurst：當你知道自己即將跌倒時，人會采取一些策略。如果一個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。我們可以設計我們的機器人做同樣的事情，讓在它掉落時保護周圍的人。

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

　　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，然后朝向一個不受控制的方向前進。所以當機器人開始失去平衡時，我們可以設置算法要求機器人原地跌倒。

　　Aaron Saunders：在控制系統內部我們設置了報警機制，當機器人開始做控制器沒有要求它做的事情時，即觸發報警。例如機器人處于錯誤的速度或角度。如果機器人可能跌倒，我們將運行另一個控制器阻止其跌倒，例如擺動手臂、移動上半身或者將腿伸出。如果失敗了，還有最后一個控制器。最后一個控制器是設置機器人姿勢和關節剛度的狀態，以確保最小化它對自己和外部造成的傷害。對于不同機器人和不同類型的跌倒，我們設置的程序也是不同的。如果你仔細看過Atlas跌倒的視頻，你可能會看到機器人把自己塞進一個小球里。這是程序設置的形狀和關節強度，有助于機器人減輕沖擊的同時保護周圍的物體。

　　然而，有時這些跌倒的發生是因為機器人斷裂。對于Atlas，我們肯定有斷裂的情況。在這一點上，我還沒有好的答案。

　　三、用平常心看待機器人跌倒

　　問題九：下次有人形機器人跌倒的視頻上熱門時，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，這對機器人工程師來說是常事。

　　Bambi Brewer：我想讓人們知道，當機器人在真正世界上做真實的事情時，意想不到的事情會發生。你會看到一些跌倒，但這也是機器人學習在現實環境中長時間跑步的一部分。這是意料之中的，這表明你沒有在表演。

　　Aaron Saunders：我認為人們應該認識到，設備時有故障是正常的。設備可以改進，并且隨著時間的推移，設備也會不斷迭代。因此，當人們看到這些故障時，這可能是機器人從未經歷過的情況。他們應該知道我們正在收集所有的故障信息，不斷改進和迭代機器人，他們現在看到的并不代表未來機器人發布最終狀態。那一次的機器人故障僅代表了那時的技術所處的位置。

　　我認為我們應當平衡對機器人的任務要求和期望值。人們想要一個執行新任務的機器人，如果機器人一旦出現失敗，他們就會非常緊張。如果我們希望機器人能不斷執行新的任務，不斷迭代，豐富我們的生活，成為我們的工具，我們就需要依靠時間來不斷訓練它的能力。因為這是新興技術，而不是既定技術。

　　人們不需要對機器人跌倒過于緊張，當然，我們也會努力讓我們的機器人安全可靠。

　　結語：機器人研發需要直面每一次跌倒

　　以Atlas機器人為例，在2016年面世時，它走路踉踉蹌蹌，到后來經逐步迭代改進后，Atlas可以完成一次完美的跑酷。期間Atlas也有各種失敗，比如因為腿部液壓管爆裂而摔倒等等。面對這些失敗，Atlas的工程師說，機器人失敗是最奇妙的部分之一，每一次失敗都有機會讓機器人變得更好、更強大。所以在不斷的跌倒、修復與調試之后，Atlas才能完成一次近乎完美的跑酷。

　　從公眾角度來看，公眾對機器人跌倒的討論似乎也對機器人投射了類似人的情感，而不是僅視為冷冰冰的機器，所以會衍生諸多討論。從研究人員角度出發，絕大部分機器人的失誤都可以發掘原因，對機器人進行調試與改進。只有做好基礎研發，機器人產業才能持續健康發展。

　　編輯：黃飛