今天上午，首個(gè)人形機(jī)器人半程馬拉松在北京亦莊鳴槍開(kāi)跑。把機(jī)器人這個(gè)詞拆解一下，有“機(jī)器”，也有“人”。機(jī)器人跑步和人比起來(lái)，有什么不同？為什么機(jī)器人奔跑這么難，我們?nèi)伺芷饋?lái)卻這么簡(jiǎn)單呢？戳視頻，跟著“天工”成長(zhǎng)日記去一探究竟↓↓↓
01
機(jī)器人跑步為什么這么難？
我們是如何奔跑的？其實(shí)奔跑并不是我們與生俱來(lái)的本領(lǐng)，那么它是如何發(fā)生的呢？在人和機(jī)器人之間，是否存在著某種相似性。北京體育大學(xué)運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)學(xué)院的老師給出了答案。
北京體育大學(xué)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)教研室主任 李翰君：如果是慢跑，我們主要用踝關(guān)節(jié)去驅(qū)動(dòng)。小腿后群，踝關(guān)節(jié)的后面略微發(fā)一點(diǎn)力，我們的重心就靠前了，然后我們慢慢地就跑起來(lái)了，這是很自然的過(guò)程。
記者：我們沒(méi)有用到大腦嗎？
李翰君：最開(kāi)始用了一下，后面其實(shí)都是自然而然完成的。在這個(gè)過(guò)程中，我的髖關(guān)節(jié)擺動(dòng)其實(shí)并不是很多，膝關(guān)節(jié)略微有一點(diǎn)，膝關(guān)節(jié)起到略微緩沖的作用。
李翰君：可能機(jī)器人平衡控制略微有一些問(wèn)題，所以對(duì)它們來(lái)說(shuō)，每一步它的踝或腳都是平著落地的，這樣它是比較穩(wěn)定的。最終它的驅(qū)動(dòng)主要是靠相當(dāng)于人的髖關(guān)節(jié)。機(jī)器人跑步一直屈膝，我認(rèn)為是為了緩震。
機(jī)器人的奔跑并不像我們?nèi)祟?lèi)這般，可以采用順其自然又省力的奔跑姿態(tài)。它們要靠髖關(guān)節(jié)帶動(dòng)沒(méi)有什么感知能力的腿和腳去奔跑，每一次落地，膝蓋和腳都要經(jīng)受住全身帶來(lái)的壓力緩沖。這些位置也是天工測(cè)試中最容易出問(wèn)題的地方，一次次問(wèn)題，都需要關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料等同步提升。機(jī)器人這個(gè)鋼鐵之軀，全要靠一個(gè)個(gè)零件和螺絲組合在一起，每一次克服地心引力的嘗試，都是對(duì)本體的挑戰(zhàn)。而更大的挑戰(zhàn)是機(jī)器人的反應(yīng)速度還要做到足夠快。
李翰君：對(duì)于我們?nèi)梭w的調(diào)整來(lái)說(shuō)，會(huì)有不同的級(jí)別。比如很微觀的級(jí)別，我需要特別快反應(yīng)，當(dāng)你的重心靠前了，你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的腳趾有點(diǎn)扒地的感覺(jué)，這就是自然而然的。這個(gè)反射速度會(huì)很快，只有幾十毫秒。而如果你是用眼睛去做判斷，這就是有意識(shí)的，應(yīng)該是200毫秒以上，但有的時(shí)候200毫秒以上，你就摔倒了。如果機(jī)器人的處理速度不夠快，它就也沒(méi)有辦法維持平衡。
總臺(tái)記者 張春玲：機(jī)器人沒(méi)有“本能”，只有程序，沒(méi)有“經(jīng)驗(yàn)”，只有計(jì)算。為了不摔，它必須實(shí)時(shí)計(jì)算未來(lái)幾百毫秒內(nèi)的重心、速度、姿態(tài)變化，并在毫米、毫秒的尺度內(nèi)，控制幾十個(gè)關(guān)節(jié)協(xié)同動(dòng)作。再比如，它沒(méi)有肌肉和彈性的肌腱，關(guān)節(jié)是“硬邦邦的”，如果不想一落地就斷，工程師們就得靠計(jì)算，通過(guò)柔順控制、抗阻調(diào)節(jié)、力矩規(guī)劃，讓金屬關(guān)節(jié)學(xué)會(huì)“軟著陸”。這些都要依靠強(qiáng)大的實(shí)時(shí)算力，算慢了，摔；算錯(cuò)了，也摔。
02
機(jī)器人學(xué)會(huì)跑步的
武林算法秘籍大概分幾步？
第一步，先用模仿學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)人類(lèi)的動(dòng)作。一般是用動(dòng)捕設(shè)備，照葫蘆畫(huà)瓢。
第二步，學(xué)習(xí)強(qiáng)化。在虛擬平臺(tái)，機(jī)器人把學(xué)來(lái)的理論，付諸實(shí)踐，靠著大力出奇跡的學(xué)習(xí)態(tài)度，成百上千次的嘗試，學(xué)會(huì)了自主奔跑。
第三步，在現(xiàn)實(shí)世界走兩步。
就這樣，不斷優(yōu)化、不斷反復(fù)在虛擬和現(xiàn)實(shí)中跳躍，直到有一天，機(jī)器人終于掌握了人類(lèi)的跑步大法。
03
機(jī)器人跑半馬
三個(gè)月破解多重難題
和人類(lèi)比起來(lái)，機(jī)器人要想更低能耗、更穩(wěn)定地跑步，確實(shí)還需要破解更多的難題。不過(guò)本次馬拉松，我們看到在短短的三個(gè)月內(nèi)，機(jī)器人從短跑，到21公里的長(zhǎng)跑，進(jìn)步的速度直線上升。在這個(gè)過(guò)程中，機(jī)器人的散熱、零部件的穩(wěn)定性、整機(jī)的可靠性、算法的優(yōu)化、電池的續(xù)航等等一系列曾經(jīng)卡頓的難題，都被一一破解。 21公里的長(zhǎng)跑，解決的是技術(shù)問(wèn)題、是工程問(wèn)題、更是機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向可用、可規(guī)?；褂玫漠a(chǎn)業(yè)問(wèn)題。
04
讓機(jī)器人參加馬拉松比賽
有何意義？
一個(gè)個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新和研發(fā)，一個(gè)個(gè)人類(lèi)工程師的陪跑，才有了今天的機(jī)器人半程馬拉松。讓機(jī)器人參加馬拉松比賽的意義在哪？在當(dāng)前國(guó)際背景下，對(duì)我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)以及行業(yè)發(fā)展，又會(huì)有哪些助力？國(guó)家發(fā)展改革委宏觀經(jīng)濟(jì)研究院經(jīng)濟(jì)所副所長(zhǎng)吳薩作出了分析↓↓↓
吳薩：這次“半馬”不僅是一場(chǎng)比賽，更是一個(gè)測(cè)試驗(yàn)證的平臺(tái)。無(wú)論從技術(shù)層面、產(chǎn)業(yè)層面，還是擴(kuò)大社會(huì)影響力等方面，都具有重要意義。通過(guò)這樣的比賽，可以全面檢驗(yàn)和提升機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)控制、環(huán)境感知等方面的核心技術(shù)能力。這也充分展示了我國(guó)人形機(jī)器人的技術(shù)實(shí)力，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人制造企業(yè)提升了品牌知名度，拓展國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，減少對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的依賴(lài)。同時(shí)也要看到，人形機(jī)器人的發(fā)展還是進(jìn)行時(shí)，這種真實(shí)場(chǎng)景的測(cè)試效率是試驗(yàn)室環(huán)境的5—7倍，通過(guò)參加比賽，也暴露出很多機(jī)器人關(guān)節(jié)過(guò)熱等問(wèn)題。這也將直接推動(dòng)相關(guān)研發(fā)團(tuán)隊(duì)做好優(yōu)化改進(jìn)，為國(guó)內(nèi)人工智能和軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)提供更多發(fā)展空間。
（央視新聞）
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