相关新闻 这可能是人工智能领域中含金量最高的比赛 2015 DARPA 决赛中韩国队的 DRC Hubo 是如何最终拔得头筹的？ 戴泓楷 利益相关，DARPA 比赛（知乎日报注：Defense Advanced Research Projects Agency，美国五角大楼先进技术研究中心，DARPA 比赛是指 DARPA 机器人挑战赛） MIT 队成员。我想从亲身参赛的角度来讲讲这次比赛。 KAIST（知乎日报注：韩国科学技术院）的 DRC Hubo 能赢得比赛，至少有两个决定性的原因。 1）出色的机械设计。 2）大量的时间精力投入。 从机械设计的角度来说，DRC Hubo（上图）的特点包括 1. 轮子 + 双足的设计。 这次比赛的前五名中，除了第二名的 IHMC（知乎日报注：佛罗里达州人类与机器认知研究所）使用双足的 Atlas,别的四个队都有轮子 / 履带的设计: IHMC 使用的由 Boston Dynamics 制造的 Atlas, MIT，WPI-CMU 等队使用的是同样的机器人。 CMU-NREC 建造的 Chimp robot,有四条履带，大赛第三名。 德国的 nimbro-rescue,大赛第四名。 JPL 的 RoboSimian,四条胳膊顶端各一个轮子，大赛第五名。 在比赛中轮式机器人显示出了巨大的优势。几乎所有使用双足机器人的队伍都摔倒过；而使用履带的机器人几乎不会摔倒。即使摔倒后，像 Chimp 也能够重新爬起来。在比赛中没有任何一个双足机器人展示出了摔倒后能够重新站起的能力。 对于现阶段的双足机器人，保持行走时的稳定仍然是一个挑战。想一想人类花了几十万年才进化出稳定的双足行走，就会明白这不是一个简单的任务。究其原因，行走是一个静不稳定的过程：每一步脚离地之后，人的重心在水平面的投影会很快移出脚的范围；此时人无法保持这一姿势，而必须得将脚甩到一个合适的位置来支撑，防止摔倒。所以行走始终是一个静不稳定而动态平衡的过程。但是轮式或履带式的机器人是静稳定的，它可以在运动中始终保持一个姿势，在控制上容易了很多。 同别的轮式 / 履带机器人比，DRC Hubo 同样拥有行走的能力，这在最后一个上楼梯的任务中非常重要。使用轮子的第四名 Nimbro-rescue 和第五名 RoboSimian 都没能上楼梯，而使用双足的几个队伍（IHMC，MIT，WPI-CMU）都能够上楼梯。 2. DRC Hubo 拥有强大的电机。同 2013 年 DRC Trial 的冠军 Shaft 队类似，DRC Hubo 也使用了电容供电的马达，可以提供瞬时强大的电流。不过 DRC-Hubo 峰值电流是 30A，而 Shaft 马达的峰值电流是 80A [1]. 这样强大的瞬时功率能够满足机器人从跪地到站起时，膝盖和脚腕关节所需的强大扭矩。同样第三名的 Chimp 也拥有非常强劲的马达:他一只胳膊能够举起自身的重量（200kg）。而且 Hubo 机器人的马达能够同时支持 position control 和 force control,这一点在 Atlas 上都没有完全做到（Atlas 前臂的三个电机马达不支持 force control). 3. DRC Hubo 的上身可以前后扭转 180 度。这给了它非常广的运动范围。相比起来 Atlas 对应关节能够转动的只有 38 度。 从时间精力投入上来说，DRC Hubo 队是相当引人注目的。本身 Hubo 机器人在 2002 年就开始开发了，拥有之前十多年的积累，针对这次的比赛又专门做了优化。跟他们队员聊的时候谈到，他们一周里面有六天是住在实验室里的，只有一天会回家休息。而且今年在比赛前一个月他们就已经来到了美国，自己搭建了模拟赛场，在真实的比赛环境下（气温，天气）通过一个月的预演做了充分准备。在这种比赛中，不一定需要特别复杂或者新颖的理论，但一定需要有大量的 engineering work 来调整各种参数，而这种 engineering work 需要非常多的时间来调试。比如 DRC Hubo 上就实现了 impedance control,用在了机器人下车的时候手扶住车框。这部分的理论在 80 年代就已经提出了，但是这次比赛中做出了 impedance control 的队伍不多。 [1] Urata, J.; Nakanishi, Y.; Okada, K.; Inaba, M., "Design of high torque and high speed leg module for high power humanoid," Intelligent Robots and Systems (IROS), 2010 IEEE/RSJ International Conference on , vol., no., pp.4497,4502, 18-22 Oct. 2010 贾子枫，耕读传家。在成为机器人学家的路上 原文首发 《周末画报》2015 年第 26 期总第 862 期。转载请注明。答案是经过编辑修订后我提交的终稿，并不是最后刊行版。无图。 DARPA 机器人挑战赛：你来拯救还是毁灭我们？ 曾经卡梅隆让终结者诞生的时候，大抵全世界都为两个打的你死我活的未来机器人疯狂了。观众深深的陷入其中，把阿诺扮演的 T800 终结者当救世主，满心期望能得到他的庇护，逃避液态机器人的追杀。电光火石灰飞烟灭过后，论谁都难以平静，以至于对未来的科技都产生了些许恐惧，会不安的考虑未来究竟是人类造出的阿诺施瓦辛格厉害还是天网造出的液态机器人厉害？机器人，到底是拯救我们的伙伴，还是毁灭人类的终极审判？ 尽管这些年现实生活中科技飞速发展，新鲜的电子产品让人眼花缭乱，网络也渗透到了我们生活中的方方面面……可是保护我们的 T800 终结者呢？不由得怅然若失，好像除了扫地的圆形吸尘器，机器人就真的没有什么了！人工智能和机器人，与“拯救”和“毁灭”这些厚重的词汇，根本风马牛不相及。 时间到了 2014 年，一位理论物理学界的泰斗，一位高科技行业的钢铁侠，英雄所见略同地对人工智能和机器人表达了他们的恐惧。研究黑洞和宇宙大爆炸的史蒂芬·霍金害怕智能机器人可以聪明到重新设计和复制自己。在这样的迭代速度面前，人类没有任何的竞争优势，必然会被淘汰。而特斯拉和 SpaceX 的老板——科技狂人埃隆·马斯克，竟然在他的噩梦里梦到不受控制的谷歌创建了邪恶机器人军队来消灭人类。“奇点”似乎就在不远的未来等着我们。 大家终于害怕了，坊间互相传说着说谷歌在用深度学习创造天网，波士顿动力的 Atlas 就是研制终结者得到的雏形！竟然一时间风声鹤唳草木皆兵，许多业内业外的人士都开始讨论人工智能和机器人的危害，感觉如临大敌。幸好星际穿越中的 TARS 和超能陆战队的大白横空出世。看，这才是未来的机器人！一场舆论危机竟然被轻松化解了。 “终结者们的奥运会要召开了！” 2015 年 6 月，并没有萌萌的瓦力和浑身安全感的大白，一群面目狰狞的钢筋铁骨的人形机器人汇集在了美国加州，这次不是好莱坞拍大片，而是争夺人类拯救者冠军的称号。历时三年，经过海选和初赛，终于等到美国国防高等研究计划署机器人挑战赛（DARPA Robotics Challenge）决赛。 这次机器人挑战赛起因是日本 2011 年的地震灾难，强震引发海啸，并导致福岛核电站遭到破坏无法阻止核泄漏。日本研发机器人多年，但在最需要机器人的时候却没有任何一台机器人可以代替人类靠近反应堆进行检修并恢复冷却系统。有科技拯救世界情怀的 DARPA 在 2012 年站了出来，制定了三年的比赛计划，目的就是希望机器人可以代替人类在灾难环境中进行危险的工作。来自全球的 23 支队伍进行了最后的决赛比拼。这是迄今为止最高规格的机器人大赛，人们都满怀期待与敬畏，想一睹由人类顶尖科技创造的机器人是怎样的精妙绝伦。 比赛项目设计的也相当有难度，机器人需要驾驶一辆汽车，并绕过避障，下车后要打开一扇门并进入房间，找到合适的阀门并关闭，在墙上用电钻开一个大洞，插拔插头，清理废墟或走过不平路面，最后上楼梯完成所有八个任务。每完成一个任务得一分，完成任务数相同者耗时短的机器人排名靠前。 听起来倒是有点像各个卫视台的大闯关节目，必定是智慧与力量结合的选手才能到达终点。机器人们的闯关时间是一个小时，最终有三个队伍都闯关成功，来自卡内基梅隆大学的机器人 CHIMP 获得季军，来自佛罗里达州人类与机器认知研究所（IHMC）的机器人 Running Man 获得亚军（名字很哈韩，不过这是美国队伍），真正的来自韩国 KAIST 研究所的机器人 Hubo 获得了冠军，并赢得了两百万美元的奖金。 给获胜者以及所有参与者来些热烈的掌声吧！仅仅要让机器人这样一个复杂的系统运行起来，就要付出艰辛的劳动。从上层的决策到底层的实时控制，从传感器的信号采集到作动器的每个命令，从远程控制到机器人自主完成任务，每一个细小的模块都需要程序员编写并不断地调试和改进。机器人也是一个非常砸钱的项目！比如亚军机器人 Running Man 所利用的由波士顿动力制造的 ATLAS 平台就要花费 100 多万美金。大赛奖金池一共 350 万美金，听起来似乎也不少，其实只有 2015 年 DOTA2（一款流行电子竞技游戏）国际邀请赛奖金池的四分之一！ “什么，这些机器人就这点能耐？” 于 2013 年年底完成的 DARPA 机器人挑战赛初赛（DRC Trial），仅有日本机器人 SCHAFT 完成了所有任务，而后被谷歌收入囊中没有参加此次决赛。一年半后的决赛最大改变就是所有项目需要一气呵成且没有安全防护措施，最真实的还原灾难时的场景。为了模拟灾难环境可能会出现的通讯故障，机器人的信号接收会被干扰。这就要求机器人必须有自主执行任务的能力，完全依赖遥操作将无法完成比赛。在如此苛刻的要求下，前三名机器人都完成了所有八个任务，而且有一半以上的队伍都完成了至少四个任务，可见机器人的速度和稳定性都有了很大的提升。 获得冠军的队伍 KAIST 来自韩国，这个结果出乎意料却也有其合理性。韩国这些年的机器人技术发展很快，涌现了不少机器人行业的领军人物。企业方面，Robotis 公司几乎垄断了小型机器人用的高端舵机，Yujin 公司成为世界知名的移动机器人供应商；学术方面韩裔的科学家也大放异彩，Kim Sangbae 研发的 MIT Cheetah 是最好的电机驱动四足机器人，Dennis Hong 开发的 Darwin 则是 RoboCup 的常胜将军。Hubo 其实也早已是人形机器人明星，只是一直被 HONDA 公司的 Asimo 机器人盖住了风头。 为了这次比赛，KAIST 的研究人员做足了准备：定制设计的强扭矩电机；三十一个自由度（机器人身上每一个能自由活动的关节为一个自由度）还有定制化长手臂；带柔性的电机驱动器；一个激光传感器和单摄像头的极简化感知；超稳定的供电系统；定制化开发的实时系统和运动框架软件；一个可以转动 180 度的腰；以及最主要的——膝盖上的轮子。是的！擅长动态双足行走的 Hubo 在膝盖上装了轮子，以便随时变形为滚动姿态前进以节省时间。比赛最后结果也显示能滚动的机器人这次比赛成绩要好一些，第三名 CHIMP 和第五名 RoboSimian 也会滚动，这也引发很多机器人学家思考：我们是不是一定要机器人像人一样双足行走？ 最闪亮的机器人当然是波士顿动力提供的新一代 ATLAS 机器人原型，这个电动液压双足机器人堪称顶级的工程作品。新 ATLAS 完全集成了液压动力和电池系统，材料也更加轻便，使得机器人整体变得更高效。得到 7 分及以上的七支队伍里使用 ATLAS 作为机器人架构的占据三席。麻省理工学院的队伍建立了 ATLAS 的三维模型，并且将激光扫描的实际场景传回服务器，以虚拟现实的方式展现给机器人操作员，他们比赛的方式就像有点像操作 ATLAS 通关的 3D 游戏。最抢镜的也是 ATLAS，因为完全靠走，摔得也最多。虽然波士顿动力一直强调 ATLAS 的娇贵，经过这次比赛大家才知道 ATLAS 还是挺耐摔的，Running Man 测试时摔了两次最终还取得了亚军！ 当机器人学家们还沉浸在里程碑式成功的欢愉中，被决赛蠢哭的各大媒体却已经开炮了，毕竟大家的期望可是终结者啊！撇开一个小时完成普通人五分钟的任务不说，比赛的精彩集锦里也只有机器人们走路没事自己摔，下车抽筋摔，开门手抖摔，莫名其妙摔，还有被风吹倒的……众人纷纷表示看来担心机器人统治人类是太过多虑了。确定这是比机器人救援不是比谁摔的奇葩么？科学家们把一个个身价百万美金的机器人拉出来就是为了搞笑的么？ 把历史往回翻了翻，新科技萌生的时候都自带了搞笑技能。瓦特想靠蒸汽机挖煤大家都觉得他疯了；火车诞生之初被笑话没有马车快；还有印象深刻的小学课文《试航》中，有人对着纽约河上的轮船大声喊：“富尔顿，你的蠢物可真蠢啊！”人们总是受限于自己所站的高度，往往看不到核心科技的潜力；而又站在上帝视角嘲笑曾经人们的浅薄。不知道百年后的人们会不会把我们今天说过的话也编进小学课本——“看，这些笨手笨脚的机器人，真是蠢哭了!” 一旦新科技突破了人们嘲笑的阶段，就会给人们带来恐慌，并遭到很多人的借机打压。真正的硬核科技一定会以不可逆的发展趋势强行闯入我们的日常生活。很多人担心机器人会对人类社会造成危害，可就像核能、生化研究一样，具有两面性的科技还是在不断进步，而我们总是在利用有益的部分。现阶段的机器人还只是非常复杂的程式化机器，远远达不到“自我觉醒”的水准，所以不必担心不久的将来机器人会变成六亲不认的铁血战士。 可是遥远的将来呢？机器人的智能可以全面的超越人类么？机器人可以和人类和谐共处么？这些看起来都更像是哲学问题。如果从人类延续种族的神圣使命来看，创造一个超越自我的物种也许是不错的选择。何苦担心那些遥远的将来！不必管人类会在哪个星球上晒太阳抑或机器人的文明里人类是不是造物主，好好享受当下这个机器人还听命于我们的最好时代吧。 查看知乎原文
