為什么有些雙足機器人能像人一樣直立行走,還不容易倒?

能征服崎嶇道路的 MARLO,會跟波士頓動力一樣靈活嗎?
曾經走幾步路就倒的 MARLO,如今能跨越小山丘、溝壑了
沒有頭、手臂,膝蓋上也沒有制動器,腿也十分的細,但它就是能走得很穩……這是由密歇根大學團隊研發的雙足機器人 MARLO,行走在小山丘、溝壑間對它來說毫無壓力。
下圖是這個大學團隊常用于測試 MARLO 的場地——密歇根大學內的一片「波浪草地」 Wave Field,出自藝術家 Maya 于 1995 年的精心設計:

近日,這個團隊發布了 MARLO 在這片草地上行走測試的視頻,主要針對小峽谷、小山丘等地形進行測試:


值得注意的是,即使沒有行進,它也保持著原地踏步的動作。帶隊教授 Jessy Grizzle 表示,這是因為,它的腳踝處是樞軸,如不保持原地踏步的話,它將向前或向后傾倒,就如你站在一個旋轉的圓盤上,需要雙腳不停的踏步以保持平衡。

MARLO 在行走過程中是整個腳掌著地(深圳灣 ID:shenzhenware 曾在一篇報道中,對機器人行走的步態進行了相應的分析:《擬人步態機器人 DURUS :走起路來有多像人?》)。據說它穿 39 碼的鞋子,雖然它的腿很細,但這使得它有更高的靈活度,當然,也需要更成熟的算法和更強的硬件來填補其行走平衡上空缺。
團隊在 MARLO 上安裝了兩個控制器,分別控制前后、左右的移動,博士生成員 Xingye 結合了相應的 2D 算法,讓 MARLO 具備「3D」行走功能,并根據不同的步行速度和地面高度建立了 15 種不同的步態,讓 MARLO 在無需傳感器的情況下也能在崎嶇不平的道路上行走。團隊也正在研發更全面的 3D 控制器算法。
Jessy Grizzle 進一步描述道,相比于讓機器人只能簡單緩慢、扁平行走的垂直模型,MARLO 采用的是更完整的動態模型算法,以至于它能根據地面坡度、側破斜度對步態、行走速度進行調整。
在特殊情況下,如速度超過 0.5 米/秒,MARLO 的雙腳則容易打滑。又或者是,障礙物超過它所預期的高度時(允許有 +/- 5 cm 的估值差),它也容易被絆倒,團隊表示,將會繼續優化相關算法以減少這種情況的發生。
其實,MARLO 能夠有如此穩健的步伐,實屬一項重大的突破,幾個月前,它走路就如一個醉漢般左扭右歪,據說 90 秒內能摔三次:

在森林里走路,更是沒辦法扶正,走兩步路就不行了……至于為什么每次測試都要用東西吊住,據團隊的說法,那是因為他們只有一臺 MARLO ,摔壞了可就沒得玩了:

團隊還把它視為女性,用 She、Her 來稱呼她,就算踹,也是輕踹:

看到這里,大家一定會想起以被虐而聞名的波士頓動力(Boston dynamics),實驗員總是那么不腳下留情,或許是因為 Google 錢多吧:

MARLO 就像一個從開始在百般呵護下蹣跚學步到步子逐漸穩妥的「孩子」,終有一天,研究員會撤掉繩索,讓 MARLO 在無任何掩護的情況下行走在 Wave Field 間,甚至是更復雜的地形上。而對于團隊來講,硬件和算法都是巨大的挑戰,也需要一步一步的完善。Jessy Grizzle 同時還表示,希望他們所研究出的算法能造福于其他雙足機器人,而不僅僅是 MARLO。