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為什么有的人執(zhí)著于研究「人形機器人」？

在公眾眼中，「人形機器人」的概念跟終結(jié)者、高達(dá)、變形金剛一樣屬于科幻的范疇。但 2015 年的 DARPA 機器人大賽讓世人認(rèn)清了「人形機器人」的真正面貌，代表人類最頂尖的機器人技術(shù)的 22 臺機器人用顫顫巍巍的行動執(zhí)行著人類眼中再簡單不過的操作，但最終只有兩臺機器人完成了全部的比賽內(nèi)容，在比賽的過程中，機器人發(fā)生摔倒、重啟、漏油等故障也是常有的事。

幾個月后，波士頓動力發(fā)布最新的 Atlas 人形機器人演示視頻，在視頻中 Atlas 可以「穩(wěn)健」地在復(fù)雜地形上行走，并且可以實現(xiàn)簡單的搬運、開門、跌倒爬起等動作。似乎 Atlas 將「人形機器人」的概念與現(xiàn)實的距離稍稍拉近了一點，但讓人大跌眼鏡的是，谷歌還是決定出售波士頓動力，因為該公司研發(fā)的機器人產(chǎn)品太過「理想主義」，離實際應(yīng)用有距離，沒有短期變現(xiàn)的能力，畢竟理想不能當(dāng)飯吃。

Atlas 能適應(yīng)復(fù)雜地形

不過世上不乏樂意為情懷買單的人，在谷歌做了甩手掌柜之后，日本豐田欣欣然地做了理想的接盤俠，收購了波士頓動力。

日本人對機器人的研究似乎有著與生俱來的執(zhí)著，日本的機器人研究史基本上等同于「人形機器人」的發(fā)展史。自 1967 年起，日本早稻田大學(xué)「仿人機器人之父」加藤一郎教授研發(fā)出橡膠人造肌肉機器人之后，日本人就在仿人機器人領(lǐng)域孤獨地前行了半個世紀(jì)，而本田于 2013 年推出的雙足行走類人機器人 ASIMO 則代表著「人形機器人」的最高成就。

最新版的 ASIMO 除了可以行走和模擬人類各種肢體動作外，還能預(yù)先設(shè)定動作，根據(jù)人類的聲音、手勢來執(zhí)行相應(yīng)的動作，此外，ASIMO 具備了基本的辨識與記憶能力。最讓人印象深刻的是，ASIMO 有一雙靈巧的手，可以擰開杯蓋，將杯中的液體倒入另外的容器中。與 Atlas 相比，ASIMO 更加全能。

正在擰瓶蓋的 ASIMO 

但對于雙足機器人來說，相比于圖像、語音、手勢識別，機器人兩只腳的運動以及平衡控制才是最難攻克的技術(shù)壁壘。美國科幻作家阿西莫夫在五十年前就有過預(yù)言：兩足運動的「不平衡控制」是機器人研究真正的挑戰(zhàn)。

ASIMO 機器人采用的是比較通用的 ZMP（Zero Moment Point） 步態(tài)算法。ZMP 依據(jù)的思想是，使機器人與地面保持靜止，在此條件下，只要在支撐多邊形內(nèi)，機器人就是瞬時平衡的，如果整個運動周期都是瞬時平衡的，那么機器人就能達(dá)到長期平衡。從釋出的宣傳視頻能看出，ASIMO 的步態(tài)相當(dāng)「穩(wěn)健」，行進(jìn)速度可達(dá)普通人慢走的水平。

Atlas 行走的姿態(tài)比 ASIMO 難看，根據(jù)專家分析，Atlas 采用步態(tài)算法是 Capturability步態(tài)，外界對此算法知之甚少。不過它和 ZMP 方法完全不同，Capturability 的思想是不停地快速踏步，選擇合適的落腳點，保證機器人的平衡。在復(fù)雜路面上行走時，Atlas 可以保持身體平衡不摔倒，再行進(jìn)路上碰到障礙物時，受阻擋的步態(tài)會自動在下一步更新，規(guī)劃下一步的落腳點，避開障礙物。雖說 ASIMO 機器人比 Atlas 更加全能，但在運動和平衡的控制上，Atlas 無出其右。

ASIMO 與 Atlas 在功能設(shè)計上有不小的差異，主要是因為這兩款機器人應(yīng)用場景的不同。

日本機器人團隊研發(fā)的機器人更側(cè)重于民用，傾向于讓機器人擁有人類的外形，比如東芝的美女機器人 Ms.Aiko Chihira，仿人機器人專家的石黑浩的雙胞胎機器人 Geminoid HI-1。雖然這些超擬人的機器人會引發(fā)恐怖谷效應(yīng)，但在醫(yī)療康復(fù)、陪伴、服務(wù)等領(lǐng)域，「人形」是最舒適最自然的人機交互形態(tài)。ASIMO 機器人的外表不會設(shè)計得像 Atlas 那樣硬核，而是設(shè)計得相當(dāng)友善，通過這種擬人的設(shè)計方式拉近機器人與用戶的距離，減少隔離感。要是服務(wù)機器人長得跟《終結(jié)者》T-600 一個樣子，誰能受得了呢？

石黑浩和他的雙胞胎機器人 Geminoid HI-1

但是 Atlas 不一樣，它從出生起就烙上了軍工的印跡。Atlas 的原型是 PETMAN 機器人，PETMAN 全稱為 Protection Ensemble Test Mannequin，翻譯成中文就是保護(hù)服裝測試假人，目的是用于測試防護(hù)服在危險環(huán)境下的防護(hù)作用。包括 Atlas，波士頓動力公司的其他機器人產(chǎn)品，例如大狗 Big Dog，設(shè)計的目的是用來在戰(zhàn)場中搬運物資，Atlas 強在運動控制，主要也是為了適應(yīng)戰(zhàn)場上復(fù)雜多變的環(huán)境。另外，和 ASIMO 不一樣的是，Atlas 用液壓系統(tǒng)代替電機，這就意味著 Atlas 有更加強勁的動力來搬運更重的物體。

工程學(xué)的目標(biāo)是設(shè)計對人類有用的東西，無論是 Atlas 還是 ASIMO，其設(shè)計者們不是執(zhí)著于「人形」，而是執(zhí)著于機器人可以幫助人類完成的事情。若人類要創(chuàng)造一件在一定程度或者完全替代自己完成工作的工具，那么該工具最適工程原型就是人類本身。

人類的生活環(huán)境是為了迎合人類的行為模式建造的。臺階之所以設(shè)計成現(xiàn)在這種形狀，是因為這樣的形狀適合人類雙足行走，像馬這種四足動物上下臺階就要費很大的勁。同理，對于采用傳統(tǒng)輪式、履帶式、多足機器人來講，很難完成上臺階、爬梯子等動作，但雙足人形機器人可以很輕松地完成，同時也能很好地實現(xiàn)全地形行走。當(dāng)然，這也要相關(guān)運動控制技術(shù)發(fā)展到足夠的高度才能實現(xiàn)。另外，足夠高級的人形機器人可以十分容易地操控人類的工具，比如駕駛汽車、飛機、輪船，同時能夠替代人類在危險區(qū)域執(zhí)行任務(wù)，比如救災(zāi)搶險。

1967 年加藤一郎研發(fā)的橡膠人造肌肉機器人

日本早稻田大學(xué)機器人專家高西淳夫教授說：「 『人形機器人』發(fā)展至今已經(jīng)有半個世紀(jì)，但尚未在真正意義上應(yīng)用于社會，所以在進(jìn)行雙足行走機器人研究之余，還要傾注精力在真正有助于社會的技術(shù)開發(fā)工作上。」其實，「人形機器人」的部分研究成果已經(jīng)在各個領(lǐng)域有所應(yīng)用，高西淳夫教授就曾利用相關(guān)技術(shù)，與東京一家醫(yī)療設(shè)備公司共同開發(fā)醫(yī)療產(chǎn)品。

所以，從「人」的角度來看，人形機器人的未來有巨大的應(yīng)用潛力。

在探討「人形機器人」時，很容易陷入倫理和道德的怪圈，歐美深受基督教「造人非上帝不能為之」觀念的影響，對擬人的自動機器從根本上還存在著抵觸情緒。高西淳夫也曾用日本人特有的中二言論將其提升到哲學(xué)高度：「人形機器人研究的最大問題是『宿命』，在于人的存在，如此偉大的人類是我們追求的目標(biāo)，越想讓機器人接近人類，就越是痛感永無止境，令人欲罷不能。」

這種玄而又玄的討論是很難得出什么具體的結(jié)論，不過，能夠為吃瓜群眾們了解的是，如果能再現(xiàn)人類的機能和運動，那么從機器人工學(xué)的角度來看，就已經(jīng)弄清楚了人類本身。

相關(guān)活動：

2 月 15 日，機器人設(shè)計主題分享，活動鏈接。

分享主題 #1. 帶你看產(chǎn)品設(shè)計如何贏得億萬級市場

分享嘉賓：鄒韜，深圳市知行創(chuàng)新工業(yè)設(shè)計公司創(chuàng)始人，DAP 工業(yè)設(shè)計實現(xiàn)平臺聯(lián)合創(chuàng)始人，『智能制造』簽約作者。先后供職于長虹集團，東亞電子，香港 Altplus 設(shè)計機構(gòu)。

分享主題 #2. 從國際視野看中國產(chǎn)品設(shè)計

分享嘉賓：朱利安（Julien Gueuning），矩刻（JU & KE）聯(lián)合創(chuàng)始人。此前曾任職于美國現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計巨星 Karim Rashid 創(chuàng)立的設(shè)計團隊，為多家中國企業(yè)服務(wù)；并曾擔(dān)任極具互聯(lián)網(wǎng)屬性和設(shè)計風(fēng)格的深圳本土品牌 Emie 的首席設(shè)計師。

分享主題 #3.緊抓行業(yè)的市場機會點設(shè)計產(chǎn)品

劉穎，九點整工業(yè)設(shè)計合伙人。高級工業(yè)設(shè)計師，有 6 年的產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗。曾就職于深圳洛可可工業(yè)設(shè)計有限公司，擔(dān)任創(chuàng)業(yè)產(chǎn)品經(jīng)理。