你跳,它就跳!新型两足机器人问世,真正“人机合一”

机器人
你跳,它就跳!新型两足机器人问世,真正“人机合一”
麻省理工科技评论 2019-11-04

2019-11-04

进入陌生环境中怎么活动?这对人来说,不成问题,但换上机器人,就一筹莫展了
人工智能 机器人
进入陌生环境中怎么活动?这对人来说,不成问题,但换上机器人,就一筹莫展了

进入陌生环境中怎么活动?这对人来说,不成问题,但换上机器人,就一筹莫展了。科学家找到了一个捷径来解决这个难题:模仿。他们创建了一个人机界面,可以将人的动作映射到两足机器人身上。

因为有人的辅助,这款机器人可以执行此前从未进行过的操作任务。更重要的是,这个机器人可用于灾难应对。作者在论文引言描述道,如果在 2011 年 3 月就有此技术的话,机器人可以承受致命核辐射水平,从而在第一个 24 小时内进入日本福岛第一核电站进行操作,反应堆可能就会及时稳定下来,那场核事故的灾难性后果就会大大减轻。

这项研究发表在 10 月 30 日的《科学机器人》(Science Robotics)上,作者是伊利诺伊大学香槟分校机械科学与工程系助理教授 João Ramos 和麻省理工学院机械工程系副教授 Sangbae Kim。

你跳,它就跳!新型两足机器人问世,真正“人机合一”

| 随人起舞的两足机器人,可以同步摇摆或跳跃。(来源:伊利诺伊大学香槟分校)

研究人员开发的这款机器人名为 Little Hermes,是一个只有成年人体型三分之一的小型双足机器人。当人在装有运动传感器的踏板上活动时,系统可以跟踪人(操作员)的跳跃、跑、走、爬楼或与环境互动。

值得考虑的是,如果机器人发力较大或者搬运重物,仅仅靠复制人的动作显然不够,一旦平衡不好就会跌倒。研究人员开发了一款运动捕捉服,即一件嵌入传感器的背心,来让机器跟踪人的躯体活动。如果机器人要跌倒,操作员就会感到背心受力,那么就会立即采取平衡措施,这些措施会迅速同步给机器人。这就解决了机器人缺乏平衡感的问题。

你跳,它就跳!新型两足机器人问世,真正“人机合一”

图 | 双足机器人 Little Hermes 的主要组件。A,用来承受冲击并产生高扭矩的致动器;B,灵活、摆动迅速的肢体;C,具有三轴接触力响应的足部传感器;D,惯性测量单元(IMU)可以估算机器人的躯干姿态、角速度和线形加速度等;E,实时计算机 sbRIO 9606 用于机器人控制;F,锂电池;G,刚性的轻质框架。(来源:Science Robotics)

你跳,它就跳!新型两足机器人问世,真正“人机合一”

图 | Little Hermes 机器人平衡反馈的模块构成。A,连接躯干和脚的界面,旨在捕获人体运动数据;B,跟踪躯干位置和运动的模块,可以向操作员施力;C,每个致动模块有 3 个自由度;D,带有被动关节的连杆,用来连结操作员的脚,跟踪其活动空间;E,实时控制器用来关闭平衡反馈界面;F,用来估计和测量操作员施力的受力板。(来源:Science Robotics)

机器人可以获取到人的躯干和腿部的传感器数据,同时传感器的反馈是交互的,人也可以感受到机器人的活动。如果机器人撞到墙或者胳膊受阻,也会通过触觉即时反馈到操作员,那么操作员就需要根据遇到的压力大小作及时调整。João Ramos 表示,这种调整措施也包括安全措施,一旦机器人受力达到危险水平,就会自动切断电源。

此前的机器人大部分没有受力反馈功能,Little Hermes 就是一台人机合一的机器人。只是这款新机器人还处于雏形阶段,有通讯延迟,只能捕获一些简单的动作,不能完成复杂的运动任务。

爱丁堡大学的机器人研究者 Mike Mistry 认为,让机器人利用人的感官来获取信息是一种奇思妙想,巧妙解决了机器人自主运动这个大挑战。

João Ramos 认为,当前的许多研究都集中于开发全自动的机器人,然而其距离真正实现还很遥远,事实上人控的半自动机器人还有很大的发展空间。

目前这个机器人还有诸多改进空间。比如它目前是多根线路外联,换成无线传感就会更便捷。还可以开发机器人的手脚反馈系统,以及四足机器人和轮式机器人的反馈系统。此外,它尚未用到机器学习,研究人员认为,系统获得的数据可以用来训练机器人。

麻省理工科技评论

From Tech to Deeptech