近日，波士頓動力發(fā)布了一段機(jī)器人后空翻的視頻。對此，東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院院長宋愛國，在接受媒體采訪時，通過對Atlas的動作進(jìn)行技術(shù)分解，梳理了支撐它的背后的傳感器、動力控制算法等技術(shù)。

　　一個后空翻動作，最難的是哪一步?起跳、翻轉(zhuǎn)、落地，還是穩(wěn)住?

　　宋愛國說，首先要有力量。他解釋稱，想翻轉(zhuǎn)，跳起來了，但是力量不夠大，就不能給翻轉(zhuǎn)足夠的時間，也談不上動態(tài)的調(diào)整，因此動力是后空翻能夠完成的基礎(chǔ)。第三代Atlas并不是告別外接電源的第一代。資料顯示，波士頓動力2016年推出的第二代Atlas就配備了內(nèi)置電池驅(qū)動，不再需要外接電源獲取動力。

　　瞬間給力會更大，就像人要調(diào)集自己肌肉內(nèi)部的ATP儲能一樣，翻轉(zhuǎn)開始時的爆發(fā)力對電池的要求更高。宋愛國提醒，在關(guān)注傳感器、算法等人工智能研究的同時，也要關(guān)注動力等基礎(chǔ)研發(fā)，機(jī)器人的研制是一個全鏈條的工作。在機(jī)器人的體內(nèi)會有姿態(tài)傳感器，也就是陀螺儀。

　　Atlas機(jī)器人在準(zhǔn)備起跳，資料圖

　　Atlas用到的傳感器與動力控制算法

　　宋愛國說，通過陀螺儀，它能知曉自己的空間方位。與生物判斷自己的方位和姿態(tài)不同，人類的平衡感知集中在小腦部位。而機(jī)器人的平衡感知是分布式的，通過陀螺儀分布在它的軀干上。

　　宋愛國進(jìn)一步解釋說，它一跳，腿部跟著擺動上來，然后翻轉(zhuǎn)，整個身體的姿態(tài)也隨之調(diào)整。這其中便是姿態(tài)傳感器在起作用，姿態(tài)傳感器獲取了各部位的旋轉(zhuǎn)狀況，將信息傳遞到中央處理器，進(jìn)行控制決策。而且控制的實施要快，因此對算法的有效性要求很高。

　　決策的具體過程可分解為：將姿態(tài)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算處理，找到應(yīng)對策略，傳遞給不同部分，控制姿態(tài)，獲取平衡?？梢韵胍姾罂辗乃杏嬎阋?ldquo;慢飛行”的情形下完成，因此控制算法優(yōu)化極考驗功底。

　　據(jù)了解，目前很多學(xué)校都在拿這款機(jī)器人做硬件平臺，然后研究控制算法。有機(jī)器人領(lǐng)域的研究者介紹說，波士頓動力控制算法已成為院校的典型范例，被用作教材。甚至，連特斯拉CEO埃隆-馬斯克也在推特表示說：“這沒什么，幾年后，這個機(jī)器人會移動得太快，你需要一盞頻閃燈才能看到它。”

　　11月26日，埃隆馬斯克對有關(guān)Atlas機(jī)器人后空翻的消息發(fā)表推特評論。

　　Atlas機(jī)器人能夠完成后空翻動作并落地，仰賴于傳感器及它的動力控制算法。資料圖

　　Atlas的落地平衡控制

　　此外，落地的平衡控制是較難完成的環(huán)節(jié)。這一過程中，剛性接觸和柔性接觸分別要采用不同的模型，還要設(shè)計二者的兼容模型。宋愛國說，為了給這個大家伙輸出足夠的動力，也為了減少落地對它的緩沖，Atlas的腿部裝了液壓伺服器。兩個細(xì)長的桶狀裝置，裝在腿部，將剛性接觸轉(zhuǎn)化為柔性接觸。

　　宋愛國說，目前的驅(qū)動部件，有電機(jī)、有氣壓、有液壓，后兩種能夠降振減壓，它們不會因為瞬間沖擊力的增加而爆掉，而且輸出動力也足。但是，在算法控制上，液壓伺服的數(shù)學(xué)模型是非線性的，力量不會隨著電壓的增長而線性增長，控制的精度會低一點，因此，機(jī)器人的腳部也會安裝多維力傳感器，來對腳步的受力狀態(tài)進(jìn)行輔助控制。

　　波士頓動力公司，資料圖

　　關(guān)于波士頓動力

　　據(jù)悉，關(guān)注Atlas的業(yè)內(nèi)人士，也很樂于八卦波士頓動力公司的波折經(jīng)歷。它早期在軍方拿到了巨額的研究經(jīng)費，后被谷歌收購，之后又被谷歌賣給日本軟銀公司，支持經(jīng)費是其中的重要因素之一。

　　有人在知乎爆料稱，波士頓動力特別有錢，認(rèn)識在該公司供職過的研究人員，得知波士頓動力每周都要做機(jī)器人實驗，把機(jī)器人搞壞，然后發(fā)現(xiàn)問題并改正，因為有錢、有經(jīng)驗，所以他們一周之內(nèi)就能把機(jī)器人修好，下一周繼續(xù)做，全年無休。

　　可見，仿生機(jī)器人是個費錢又費工的研究。近年來，我國也在仿生機(jī)器人領(lǐng)域有了值得一提的研究。

　　國內(nèi)正在起步的機(jī)器人研究

　　今年4月，百度主辦的創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽上，南京大學(xué)、西南科技大學(xué)等聯(lián)合研發(fā)的“蜘蛛俠智能救援隊”亮相，能在復(fù)雜的路況中穩(wěn)定行走，相互溝通協(xié)作且簡單自主運動。8月召開的機(jī)器人大會上，由清華大學(xué)計算機(jī)系研發(fā)的“數(shù)據(jù)機(jī)械手臂”，在人穿上帶有傳感器的手套后，機(jī)械手臂會“零延遲”同步響應(yīng)動作。此外，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、新松機(jī)器人公司等在四足機(jī)器人足球、7自由度協(xié)作機(jī)器人等方向都有相關(guān)研究進(jìn)展。

　　宋愛國介紹，在軍方相關(guān)部門有進(jìn)行四腿大狗的研究團(tuán)隊，山東大學(xué)有研究兩腿直立行走的團(tuán)隊，但與波士頓動力相比，我國的機(jī)器人研制深度和水平還有較大差距。