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教机器人像人一样走路有多难?

  • ssy0061
  • 发表于:2019-06-11
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       从远古的希腊神话时代开始,就存在有众多关于人造人、自动人偶的故事。在伊利亚特中,工匠之神赫菲斯托斯曾经打造过黄金少女作为宫殿的侍女;而在阿尔戈英雄纪中,守护克里特岛的塔罗斯也是一个由青铜制造的巨人。从古至今,人类总是梦想着创造出和自己相似的化身——能够思想,能够交流,能够行动的仿人机器人。在文艺复兴巨匠达芬奇留下的手稿中,也曾找到一张有关于机器人的设计图,描绘了他对于未来仿人机器人的设想。

       而在古老的中国,最早有关于仿人机器人的故事,可以追溯到春秋战国时期《列子·汤问》中的偃师。偃师是一名技艺高超的工匠,他为周穆王献上了一具与真人无异的自动人偶。这个人偶不仅能歌善舞,还在表演的过程中向周穆王的侍妾暗送秋波,引得周穆王大怒,以为偃师是用了一个真人来骗他。偃师连忙将人偶剖开,里面尽是一些皮革、木料等等,周穆王才转怒为喜,赞赏了偃师的技艺。

  机器人(Robot)一词源于斯拉夫语,意思是“奴役的劳动力”;而用来形容机器人研究这一领域的机器人学(Robotics)一词,则是由科幻作家艾萨克·阿西莫夫创造的。包括阿西莫夫在内的同时代的科幻小说作家们,对仿人机器人都有着强烈的憧憬与期待,因此也产生了众多围绕仿人机器人展开的故事。这些仿人机器人有的是能洗衣做饭的万能管家,有的是能推理破案的星际侦探,有的甚至成为了管理星球的政府官员。直到今天,我们也仍然会被这些天马行空的畅想所感染和激励。

       即便在今天,仿人机器人仍然是机器人领域最热门的话题之一。不过令人遗憾的是,机器人技术的发展远远没有科幻小说中所描绘的那样顺利。尽管工业机器人已经在工厂、物流等诸多领域得到了广泛应用,但是仍然没有仿人机器人能够像人类一样完成打扫卫生、做饭洗衣等等看似简单实际却十分复杂的任务。而这背后本质的原因在于,机器人还无法靠自身对环境的变化做出正确而快速的响应。

  人类之所以能够对外部环境的变化做出快速反应,不单单依靠大脑,还依赖于遍布全身的神经系统所形成的反射回路。与之类似,在仿人机器人的设计过程中,完全依赖于中央处理器也无法满足快速响应的需求。北京理工大学黄强团队领导的项目小组,发明了基于人体运动规律的仿人机器人运动规划方法,通过局部反馈模型来模拟人类的神经反射行为,以应对环境的突发变化。

       对于仿人机器人来说,能够平稳地行走也是一项必备的技能。人体为了保持平衡,需要综合运用到视觉、内耳、小脑等多个器官进行感知与调节,机器人也是一样。黄强团队领导的项目小组发明了多模态协调的控制方法,通过融合不同传感器得到的数据,有效提高了仿人机器人运动的自然性、稳定性。

  具有更强反应能力与更佳平衡能力的仿人机器人,不仅能够行走、爬行和翻滚,还能够适应各种崎岖的路面,防止在执行任务的过程中摔倒。相信在不远的将来,像偃师故事中那样能歌善舞的机器人也会出现在我们的生活中。

       文章来源:科普中国-我是科学家

       图片来源于科普中国,仅用于科学知识的传播,无商业用途。


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