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波士顿动力的逆天科技 被这14家公司做到了

2020-06-24
直立行走让人类摆脱了森林的束缚,开始使用并制造工具,这是人类智力进化的结果。因此,双脚直立也被视为人类区别其他动物的一个重要标志。但从平衡性来看,双脚站立要比四足行走难得多,那么人类为什么还要花大把的精力研究双足机器人呢?

  有人回答说:“为了像人”,这是因为现代的城市环境是由人类建造的,而研发机器人的目的就是替代人类进行重复性劳动,所以“像人”对机器人来说十分重要。不过,所谓的“像人”指的可不是“看起来像”这么简单,更多地是希望机器人能替代人类做繁重、危险等工作,甚至比人类做的更出色。

  尽管目前已有不少机器人用于工业生产和生活服务,但它们的移动能力却实在让人难以恭维。不过人们没有放弃机器人“像人”的追求,也有不少公司正努力让机器人学会两条腿走路,知名度最高的是波士顿动力的Atlas、本田的Asimo,前者凭借出色的行动能力,迅速窜红为当红机器人。

  智东西深入到双足机器人产业链,仔细研究发现,涉足双足机器人领域的头部公司玩家已经有14家之多,相关研究机构也已经有十数个,尤其值得关注的是,其中出现了多家中国公司和研究机构的身影,处在机器人研究金字塔尖的双足机器人玩家都打得什么算盘,中国玩家扮演怎样的角色,本文带你一文看清。

  “行走”的瓶颈在哪里?

  从某种程度上来说,“像人”是一种仿生学理念,机器人名字里又占了个“人”字,自然会让不少研究者走上双足机器人研究的道路。但目前市面上的机器人,即便是四足、多足其运动能力仍是一大问题,更不用说双足机器人了。那么问题到底出现在那里了,是什么限制了机器人的“两条腿”呢?

  从原理上看,双足机器人行走问题可简化为,通过各种传感器获取机器人体态及重心变换的数据,再运算出合理有效的运动指令,然后再反馈再运算。以这种思路来说,即便考虑到运动环境的模糊性即便比较高,也不至于像现在这么笨拙。

  现实情况是,人类行走是多关节配合的动作,因此目前市面上大部分机器人都是使用舵机模拟替代人类关节,用铝合金或其他轻型高硬度材料来制作机器人的结构件,类似于人类的骨骼,从而来支撑机器人的整体。用轻型、有强度的材料制作机器人的顶板和脚板,模拟人类的胯部和脚掌从而来支持机器人的行走与稳定。其中舵机由芯片控制,进而控制整个关节的活动,从而实现了对步伐的大小、快慢、幅度的调整。这其中既包括设计、材料等硬件问题,也包括算法等软件方面的制约。

  硬件研发方面,整个行业迭代速度太慢。由于双足机器人从结构设计到组装调试,都需要相当长的研发周期,也更烧钱,硬件是不可能像软件一样,写完程序后直接运行就能及时得到反馈的。当然,最核心的问题是具体的技术细节,比如精确的力控,都掌握在一些顶级的硬件厂商里,而它们不会将其像软件一样开源出来,小型企业资金和实力不足也无法下大力度进行研发,这也限制了行业的整体发展。

  软件算法方面,最大的制约原因是人类还不清楚行走的最基本原理,这与人类不清楚人脑工作原理是一样的。在算法方面,目前业内的做法是把复杂的行走问题抽象,提取出来一个比较简单的模型,比如Asimo的线性倒立摆、Cassie的弹簧质点模型,然后基于对简单模型的分析,生成行走步态,映射回双足机器人上。但是这样的做法,显然只是一个复杂系统的特殊解,还做不到应付任何情况的程度。

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