一路“闖關(guān)”，“網(wǎng)紅”機(jī)器人翻個(gè)“筋斗”有多難？
從一個(gè)平臺(tái)跳躍到另一個(gè)平臺(tái)，再來(lái)一個(gè)后空翻！日前，一段人形機(jī)器人完美玩轉(zhuǎn)后空翻的視頻在互聯(lián)網(wǎng)上流傳開來(lái)，使人形機(jī)器人阿特拉斯（Atlas）一舉成為網(wǎng)紅。以希臘神話中力大無(wú)窮、雙肩支撐蒼天的擎天神來(lái)命名，阿特拉斯果然不負(fù)眾望，以鋼筋鐵骨之軀實(shí)現(xiàn)了漂亮的后空翻，標(biāo)志著機(jī)器人研究領(lǐng)域的又一次飛躍。
現(xiàn)有的機(jī)器人王國(guó)包括固定、輪式、履帶式、雙足及多足等不同種群。以雙足和多足為主要特征的腿足機(jī)器人對(duì)惡劣地形環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)、研制難度更高，代表著機(jī)器人研究領(lǐng)域的技術(shù)巔峰。長(zhǎng)期以來(lái)，各軍事大國(guó)都對(duì)腿足機(jī)器人研究表現(xiàn)出強(qiáng)烈興趣。開展阿特拉斯等腿足機(jī)器人研究，背后就是軍事應(yīng)用的巨大需求牽引。
翻個(gè)筋斗到底有多難
不就是機(jī)器人翻個(gè)筋斗，這還能有多難？不過(guò)，后空翻畢竟是個(gè)難度極高的動(dòng)作，常人不易做到，就是體操運(yùn)動(dòng)員也要訓(xùn)練多時(shí)才能完成。
此次進(jìn)軍體操界的機(jī)器人阿特拉斯，本身就是個(gè)膘肥體壯的大型雙足機(jī)器人，除在移動(dòng)過(guò)程中要保持平衡外，還需要用雙腿來(lái)平衡體積龐大的上半身。為完成后空翻這個(gè)看似不可能完成的任務(wù)，機(jī)器人維修，阿特拉斯從起跳、空翻到平穩(wěn)著地，整個(gè)過(guò)程需要手、腳、腰同時(shí)運(yùn)動(dòng)。它的大腦必須通過(guò)數(shù)學(xué)公式預(yù)先精確計(jì)算好各個(gè)部位的運(yùn)動(dòng)線路、方向和角度，然后機(jī)械地控制起、轉(zhuǎn)和落地。
萬(wàn)事開頭難。就起跳而言，阿特拉斯需要提前對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行精確規(guī)劃。更重要的是，阿特拉斯要有強(qiáng)勁有力的雙腿，如果力量不夠大，就不能給翻轉(zhuǎn)留出足夠的時(shí)間，更談不上后續(xù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。阿特拉斯目前已經(jīng)配備了內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電池，通過(guò)有效的電量管理，可在瞬間爆發(fā)出驚人的巨大能量。
其實(shí)，空中翻轉(zhuǎn)過(guò)程才是真正見功夫的動(dòng)作。阿特拉斯是一個(gè)多自由度、多剛體的機(jī)器人系統(tǒng)，姿態(tài)的精準(zhǔn)控制異常復(fù)雜，需要機(jī)器人體內(nèi)各類姿態(tài)傳感器實(shí)時(shí)回傳狀態(tài)參數(shù)。通過(guò)匯聚來(lái)自身體各個(gè)部位的姿態(tài)信息，它的運(yùn)動(dòng)中樞才能根據(jù)算法進(jìn)行控制決策，不斷優(yōu)化各個(gè)部位的參數(shù)指標(biāo)。在空中的阿特拉斯處于拋物線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須通過(guò)隨時(shí)改變姿態(tài)在落地前找準(zhǔn)亮相的最佳姿勢(shì)。
即便一路闖關(guān)，阿特拉斯要想平安著陸也遠(yuǎn)沒(méi)有想象的那么簡(jiǎn)單。落地過(guò)程中需要應(yīng)對(duì)沖擊處理和保持平衡，無(wú)論是何種接觸面，阿特拉斯在與地面接觸的瞬間都將受到巨大的接觸撞擊。此時(shí)要利用液壓伺服控制系統(tǒng)，來(lái)有效減輕瞬間沖擊力。阿特拉斯的腳部也會(huì)安裝多維力傳感器，對(duì)腳的受力狀態(tài)進(jìn)行輔助控制。同時(shí)，落地一瞬間阿特拉斯的關(guān)節(jié)位置上移或下移一點(diǎn)，庫(kù)卡機(jī)器人，都有可能導(dǎo)致重心不穩(wěn)而摔倒，這對(duì)精準(zhǔn)控制提出了更高要求。
男一號(hào)展示新技能
說(shuō)起軍用機(jī)器人，我們的第一反應(yīng)就是輪式或履帶式，配備有機(jī)械手和傳感器的笨拙機(jī)器。在《機(jī)械公敵》《終結(jié)者》這些科幻電影中，機(jī)器人已被描繪成雙腿站立的鋼鐵勇士。如今，以人形機(jī)器人為代表的腿足機(jī)器人正走上發(fā)展完善的快車道，而阿特拉斯正是其中的佼佼者。
通過(guò)不斷改進(jìn)升級(jí)，阿特拉斯可以走路穿越各種地形，攀爬并扛起重物，手部還能完成開門和抓取物體的動(dòng)作。通過(guò)身上搭載的激光雷達(dá)和各類傳感器，這家伙還擁有避障和識(shí)別物體的能力。研究人員曾經(jīng)讓阿特拉斯在一塊2厘米寬的木板上金雞獨(dú)立，它竟然成功堅(jiān)持了20多秒。如今，阿特拉斯再次解鎖新技能，除可實(shí)現(xiàn)漂亮的后空翻外，它還變得更加輕便靈巧。即便是后空翻失誤摔倒了，它也能自己爬起來(lái)。
在阿特拉斯成為網(wǎng)紅之前，還有一款腿足機(jī)器人因酷似木牛流馬而引發(fā)廣泛關(guān)注，那就是大狗機(jī)器人。大狗的真名為步兵班組支援系統(tǒng)，是由波士頓動(dòng)力公司與美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局共同研制的產(chǎn)品。大狗體重109千克，奔跑速度可達(dá)6.4公里/小時(shí)，最大爬坡度35度。與其說(shuō)大狗是一只機(jī)器狗，還不如說(shuō)它是一只機(jī)器騾子。大狗主要模仿四足動(dòng)物，在地形復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)上運(yùn)送物資，能夠攜帶輜重在崎嶇不平的山路上行走30公里。不過(guò)，看起來(lái)不錯(cuò)的大狗被送到阿富汗前線后，使用起來(lái)聲音大，隱蔽性差，且在戰(zhàn)場(chǎng)上難以修理，并沒(méi)有被正式列裝到美軍作戰(zhàn)部隊(duì)。
機(jī)器戰(zhàn)士或?qū)F(xiàn)身未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)
早在阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)和伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)上，美軍的軍用機(jī)器人就已經(jīng)大顯身手。但這些機(jī)器人多是輪式或履帶式，越障能力差、地形適應(yīng)能力不強(qiáng)。
以阿特拉斯為代表的機(jī)器人能站立、行走和奔跑，有可能改變未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)模式，把整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)攪個(gè)翻江倒海。早在2015年初，俄羅斯總統(tǒng)普京就曾參觀過(guò)同樣聰明靈巧的人形作戰(zhàn)機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器人甚至還能騎摩托車。這些已經(jīng)具備執(zhí)行偵察監(jiān)視、警戒執(zhí)勤和精確打擊等作戰(zhàn)能力的軍用機(jī)器人，或?qū)⒃谖磥?lái)戰(zhàn)場(chǎng)上演驚心動(dòng)魄的機(jī)器人大戰(zhàn)。
未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)情況復(fù)雜多變，阿特拉斯等機(jī)器人在山地作戰(zhàn)和城市作戰(zhàn)中，更能發(fā)揮出其機(jī)動(dòng)靈活的特性，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，達(dá)到更好的作戰(zhàn)效果。美國(guó)國(guó)防部資助的壁虎（Rise）機(jī)器人，就有6條電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械腿，爬樹或翻墻都不在話下，目標(biāo)直指特種偵察。就連大狗等腿足機(jī)器人未來(lái)也不僅僅只是個(gè)馱夫，還能加裝武器和防護(hù)裝甲，成為步兵火力支援平臺(tái)，更好地協(xié)同人類作戰(zhàn)。
其實(shí)，耗費(fèi)心血研發(fā)阿特拉斯，人們更是在為自己找尋一件鐵甲戰(zhàn)衣。美國(guó)國(guó)防部早就利用同類技術(shù)研制可綁在士兵腿上的機(jī)器腿，也被稱作外骨骼增強(qiáng)器。這種機(jī)器腿能讓單兵背負(fù)物資重量大幅提升，還能減輕長(zhǎng)期負(fù)重的疲勞，加快行軍速度，將每名士兵變身為機(jī)器戰(zhàn)士。
通過(guò)對(duì)阿特拉斯手腳活動(dòng)能力的參悟，人們還將開發(fā)出更加神奇的機(jī)械手。目前，擁有機(jī)械手的人形機(jī)器人已經(jīng)能夠進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境中作業(yè)，在處理核事故、爆炸物等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
當(dāng)然，阿特拉斯的從軍路依舊布滿荊棘。一般而言，機(jī)器人在完成同等任務(wù)時(shí)的能量消耗超過(guò)人類的100倍，續(xù)航能力存在一定缺陷。此外，機(jī)器人的精準(zhǔn)操控和平衡問(wèn)題是尚未完全解決的技術(shù)難題，仍有待完善和發(fā)展。