【編者按】本文作者@沐陽浸月，中科院自動(dòng)化所復(fù)雜系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究生，主攻機(jī)器人與人工智能。

2015年對(duì)于機(jī)器人來說是十分重要的一年，不管是在機(jī)器人種類的來說，還是在機(jī)器人的控制算法來說都有十分舉足輕重的進(jìn)步和跨越，現(xiàn)在我們就來盤點(diǎn)一下今年這些神奇與瘋狂的機(jī)器人吧。上篇我們將著重講述2015年那些比較大型的機(jī)器人們。

1、MegaBots II與Kuratas的巨型之戰(zhàn)

也許今年在機(jī)器人界最重要的一個(gè)頭版頭條應(yīng)該就是兩臺(tái)巨型機(jī)器人的大對(duì)決了，其實(shí)與其說是對(duì)決，更準(zhǔn)確的說法應(yīng)該叫約戰(zhàn)。

今年8月末，來自美國的MegaBots公司完成了他們的巨型載人機(jī)器人（載人機(jī)器人準(zhǔn)確的說法應(yīng)該叫機(jī)甲，更偏向于鋼鐵俠那種，機(jī)器人則是更偏向于變形金剛那種，但是目前機(jī)甲與機(jī)器人區(qū)分并不十分明顯，所以機(jī)甲也被歸入機(jī)器人的行列之中）。

由于日本制造出了世界首款也是唯一只戰(zhàn)斗機(jī)器人，所以這次傲嬌的美國人不干了。 MegaBots已向日本水道橋重工遞交請戰(zhàn)書，約定在一年后讓旗下MegaBots II 載人機(jī)器人與水道橋重工旗下的Kuratas載人機(jī)器人來一場世紀(jì)決戰(zhàn)。

MegaBots公司表示：“水道橋你們聽好了！你們有巨型機(jī)器人，我們也有巨型機(jī)器人，既然都是巨型機(jī)器人，怎么也得分出個(gè)勝負(fù)，成王敗寇，我們一決雌雄！”于是世界的目光都投向了日本，人們期待日本會(huì)有什么樣的反應(yīng)，是積極應(yīng)戰(zhàn)還是悶聲退縮。

（美國的宣戰(zhàn)視頻截圖）

機(jī)器人打架，這可是只是在類似《鐵甲鋼拳》電影中才能出現(xiàn)的畫面，而且這還牽涉到一個(gè)國家的顏面，反映了一個(gè)國家最高端科技的水平，所以水道橋重工作出回應(yīng)：我們應(yīng)戰(zhàn)！然后互聯(lián)網(wǎng)就都沸騰了……

(日本接受挑戰(zhàn)視頻截圖）

先放下對(duì)決不說，我們先看下雙方的實(shí)力和配置都是怎么樣的。

經(jīng)過大概3個(gè)月的時(shí)間， MegaBot在美國波士頓創(chuàng)客空間Artisan's Asylum完成了機(jī)器人的初步形態(tài)構(gòu)建與裝配。Stroup是主要的建設(shè)者，Cavalcanti擔(dān)任設(shè)計(jì)師，Matt Oehrlein擔(dān)任電氣工程師，處理的電子設(shè)備和代碼編程。

第一個(gè)原型，將焊接鋼板蓋在雕刻泡沫上，整個(gè)樣機(jī)就像是一架未完成的拖車。

經(jīng)過對(duì)第一版的再加工，它的更新版本的樣機(jī)高15英尺，12000英鎊重，由汽油驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方式為胎面滾動(dòng)，前進(jìn)速度可以達(dá)到3英里每小時(shí)。

這個(gè)第二架原型機(jī)，即準(zhǔn)備參加應(yīng)戰(zhàn)的MegaBots II，可以搭載兩個(gè)人：一個(gè)操作員控制定向運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)操作員充當(dāng)炮手，使機(jī)器人的軀干瞄準(zhǔn)目標(biāo)，并用臂式武器對(duì)目標(biāo)開火。

這個(gè)臂式武器包含可以發(fā)射3磅重彩彈的氣動(dòng)加農(nóng)炮和一個(gè)可以一次性連續(xù)發(fā)射20枚小彩彈發(fā)射器構(gòu)成，子彈初速可達(dá) 160 千米每小時(shí)。如果MegaBots II的一支手臂脫落，另一只仍然可以繼續(xù)戰(zhàn)斗。

而且，當(dāng)?shù)弥毡舅罉蛑毓さ膽?yīng)戰(zhàn)之后，MegaBots公司在Kickstarter發(fā)起了一項(xiàng)50萬美元的眾籌，來把MegaBots II完善的更加狂野和殘暴，以應(yīng)對(duì)即將來臨的與Kuratas的巔峰對(duì)決。

我們再來看看水道橋重工的Kuratas。

Kuratas機(jī)器人是一款可四足駕駛的機(jī)器人，有13英尺高，8000英鎊重，靠柴油驅(qū)動(dòng)，四輪前進(jìn)，因?yàn)槠涫且慌_(tái)戰(zhàn)斗機(jī)器人，所以裝備了雙管加特林油漆彈發(fā)射器，配有先進(jìn)的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)以及平視顯示器。在其首次展示時(shí)，雙手還可配置格林機(jī)炮，機(jī)體設(shè)計(jì)充滿真實(shí)系的厚重魄力。

可以說，Kuratas機(jī)器人確實(shí)滿足了很多男人希望像小時(shí)候機(jī)器人動(dòng)畫片中的主角那樣，駕駛一個(gè)超大機(jī)器人來一場酣暢淋漓的戰(zhàn)斗的夢想，雖然貴了點(diǎn)（價(jià) 1 億 2000 萬日元，約合人民幣 626 萬），但全世界的機(jī)器控都已經(jīng)被強(qiáng)烈征服了。

（水道橋重工制作的如何駕駛Kuratas機(jī)器人的視頻）

因?yàn)殡p方都要為戰(zhàn)斗進(jìn)行各方面的準(zhǔn)備，預(yù)計(jì)明年這場戰(zhàn)斗會(huì)開戰(zhàn)，但我認(rèn)為這場戰(zhàn)斗其實(shí)更多是一種噱頭。這場戰(zhàn)役有可能發(fā)生，但是就目前的機(jī)械和技術(shù)水平，這場戰(zhàn)斗很可能是這樣的：兩臺(tái)機(jī)器人架勢已經(jīng)擺好，一聲刺耳的哨音劃破寂靜，戰(zhàn)爭一觸即發(fā)，只見MegaBots II一個(gè)彩蛋直接命中Kuratas一根裸露的電線，只見Kuratas立馬動(dòng)彈不得，于是Game Over。比賽耗時(shí)30秒。

雖然這樣的場景可能有點(diǎn)極端，但是我想說的是，目前的機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的機(jī)電一體化的系統(tǒng)，可以毫不夸張地說，只要一個(gè)小小的故障點(diǎn)就能導(dǎo)致機(jī)器人“殘廢”。

也就是說，如果一個(gè)機(jī)器人在一場戰(zhàn)役中的開場60秒擊中另一臺(tái)機(jī)器人的一個(gè)“弱點(diǎn)”，那么比賽結(jié)束。

我相信做過機(jī)器人的工作者對(duì)這一點(diǎn)也一定十分了解，可能很多人都快被折磨得身心俱疲了。而且我認(rèn)為一個(gè)機(jī)器人開發(fā)人員在開發(fā)機(jī)器人的過程中，為了掩護(hù)住所有“弱點(diǎn)”也許就得花上一年甚至是三年左右的時(shí)間。

那么，因?yàn)檫@一點(diǎn)我們就不要讓這樣的比賽發(fā)生了嗎，我覺得不是。我反而覺得這樣的比賽更應(yīng)該舉辦得多一些。通過MegaBots II與Kuratas的這場“約架”我們可以看到，更多的人對(duì)機(jī)器人有了關(guān)注，甚至產(chǎn)生了熱情，所以讓機(jī)器人成為流行文化的一部分對(duì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是大有裨益的。

2、 ATLAS

這款機(jī)器人由著名的機(jī)器人公司波士頓動(dòng)力出品，之前他的大狗機(jī)器人已經(jīng)令我們大吃一驚，因?yàn)檫@款機(jī)器人可以毫無壓力地行走在各種復(fù)雜的地形之上，甚至可以承受的住人類的一個(gè)回旋踢。ATLAS這款機(jī)器人則沿襲了大狗的制作水準(zhǔn)，不過不同的是，這款機(jī)器人采用的是和人類一樣的兩足行進(jìn)模式，所以它和你走在森林里面，你會(huì)更加覺得恐怖。

今年年初，為了參加六月初的DAPPA機(jī)器人挑戰(zhàn)賽，ATLAS完成了自己的一次進(jìn)化。此次變身，ATLAS全身的百分之七十五都被重新設(shè)計(jì)了，只有小腿和腳沿用了上一版的設(shè)計(jì)，新的設(shè)計(jì)使得它變得更加強(qiáng)壯、快速、安靜，并且得益于其身后的電池大背包，它已經(jīng)脫離了電纜的束縛。

得益于全身升級(jí)后的各項(xiàng)組件，新改進(jìn)的ATLAS比原來的版本身材更加纖細(xì)，體型也更小，更加有效的機(jī)載液壓泵也使得ATLAS機(jī)器人在移動(dòng)速度上更加迅猛。 這樣改進(jìn)的目的也是使ATLAS機(jī)器人更容易完成一些挑戰(zhàn)，例如要求它擠入專為人類設(shè)計(jì)的空間。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)闄C(jī)器人的一個(gè)設(shè)計(jì)初衷就是去完成那些對(duì)于人類來說十分不安全的工作的。我相信波士頓動(dòng)力在谷歌的協(xié)助和資助下，ATLAS一定會(huì)在未來的幾年以驚人的速度進(jìn)一步完善。

3、 MIT的Cheetah機(jī)器人

MIT的Cheetah機(jī)器人我在雷鋒網(wǎng)之前的專欄文章《機(jī)器人界那些另類的朋友們 ，是怎么誕生的？》已經(jīng)有所介紹，MIT的Cheetah機(jī)器人擁有高速奔跑的能力和良好的平衡性。通過實(shí)驗(yàn)，其可以在8.3千米每小時(shí)的速度下奔跑兩個(gè)多小時(shí)，或者背負(fù)3千克的電池跑10千米。

今年，Cheetah機(jī)器人在性能上又有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，那就是它可以在不間斷步伐的情況下，不論有多少個(gè)18英尺高的障礙物，它都可以輕松越過。而這次的提升也主要是因?yàn)?strong>Cheetah機(jī)器人具備了視覺系統(tǒng)，下面我來說說他是怎么完成越障這項(xiàng)比較有難度的動(dòng)作的。

Cheetah機(jī)器人可以“看見”的能力，主要得益于其使用的機(jī)載激光雷達(dá)，這套可視化系統(tǒng)使用反射激光來繪制地形。

基于雷達(dá)數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)三部分組成的算法來規(guī)劃出機(jī)器人的路徑。無論是視覺系統(tǒng)和路徑規(guī)劃系統(tǒng)都是嵌入到機(jī)器人的本體里面的，以使得它具有完整的自主控制能力。

該算法的第一個(gè)部分能夠使機(jī)器人檢測到障礙物并估計(jì)其大小和距離。研究人員設(shè)計(jì)出一個(gè)公式來簡化出一個(gè)視覺場景，其將地面表示為直線，而任何障礙物均是從這條直線偏離出的一條岔路。利用此公式，機(jī)器人可以估算出障礙物的高度和以及到其本身的距離。

一旦機(jī)器人檢測到一個(gè)障礙物，該算法便進(jìn)入其第二個(gè)部分，以使機(jī)器人在接近障礙物的過程中調(diào)節(jié)它的步態(tài)。根據(jù)障礙物的距離，算法可以預(yù)測出以跳躍的最佳位置，前腿離地，然后后腿跟著完成越障的剩余步伐，加速，然后到達(dá)最佳的落地點(diǎn)步伐放緩，最終安全地越過它。該“步態(tài)調(diào)整算法”一直在高速運(yùn)行，每走一步都要對(duì)機(jī)器人的步幅進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化過程大約需要100毫秒來完成，這也大約是完成一個(gè)單步幅一半的時(shí)間。

當(dāng)機(jī)器人到達(dá)落地點(diǎn)，該算法的第三部分接管，以確定它的跳躍軌跡。根據(jù)障礙物的高度，機(jī)器人的速度，研究人員提出了一個(gè)公式來確定機(jī)器人的電動(dòng)機(jī)應(yīng)當(dāng)施加的力的大小，以使得Cheetah機(jī)器人可以安全地越過障礙物。

但是有趣的是，研發(fā)人員說，這個(gè)算法并不是最優(yōu)的，只是一個(gè)可行的方法。研究人員指出，如果你想優(yōu)化，比如說能源效率，你會(huì)希望機(jī)器人幾乎沒有越過的的障礙，這顯然就成了悖論。而且找到一個(gè)真正的最佳解決方案需要占用大量的計(jì)算時(shí)間，在運(yùn)行時(shí)，我們不希望花費(fèi)大量的時(shí)間去尋找一個(gè)更好的解決方案。我們只是想一個(gè)是可行的。

研究小組首先在跑步機(jī)上測試了Cheetah機(jī)器人的彈跳力，然后在軌道上。在跑步機(jī)上，機(jī)器人被拴在一個(gè)地方，研究人員將不同高度的障礙放在皮帶上。跑步機(jī)本身只有約4米長，機(jī)器人在中間運(yùn)行，所以Cheetah機(jī)器人只有1米的距離以檢測障礙物并規(guī)劃出其跳躍動(dòng)作。多次運(yùn)行后，Cheetah機(jī)器人成功越過了70％左右障礙物。

相比較而言，在室內(nèi)軌道試驗(yàn)就要容易得多，因?yàn)闄C(jī)器人有更多的空間和時(shí)間，看到障礙物并規(guī)劃跳躍動(dòng)作。在這些試驗(yàn)中，Cheetah機(jī)器人成功越過了90％左右障礙物。

4、 MH24揮刀機(jī)器人

不知道大家還記不記得今年6月份的時(shí)候，火爆朋友圈的一段機(jī)器人和日本武士比試刀法的視頻。接下來我們就來說一說這款揮刀技法精湛的機(jī)器人。

（MH24揮刀斬花視頻截圖，額，花花都不放過）

今年夏天，為了紀(jì)念公司成立百周年，日本安川電機(jī)組織了一場自家的工業(yè)機(jī)器人Motoman-MH24與劍道高手町井勛的終極“揮刀斬”對(duì)決，對(duì)各種道具進(jìn)行劈砍。

說起町井勛，他可是連創(chuàng)多項(xiàng)世界紀(jì)錄的居合道（即以“拔刀術(shù)"為基礎(chǔ)的武術(shù)）名家，曾創(chuàng)下36分5秒刀砍1000卷草席的世界紀(jì)錄，對(duì)曾斜斬豎放的卷席，最多連砍7刀而令卷席仍然豎立不倒。最令人嘆為觀止的是，他甚至能刀劈高速飛來的BB彈，這種BB彈比棒球小4000倍，發(fā)射的初速每小時(shí)高達(dá)322公里。以一般人的反應(yīng)，根本不可能跟上如此高的速度，更不用說完成拔刀和揮刀的動(dòng)作。

這次人機(jī)大戰(zhàn)的另一方——Motoman-MH24工業(yè)機(jī)器人，它除了會(huì)揮舞武士刀，還可以駕駛沙灘車，爬樓梯，躲避障礙以及應(yīng)對(duì)其他突發(fā)事故。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。

工程師們將町井勛的動(dòng)作植入“MH24”的記憶晶片里，使得機(jī)器人可以隨即“遺傳”到其精準(zhǔn)的動(dòng)作要領(lǐng)。

“MH24”的劍術(shù)十分了得，除了切水果之外，他還能揮刀將一只在空中翻轉(zhuǎn)的、時(shí)速達(dá)128公里的油炸大蝦切成兩瓣?！癕H24”如今已獲得多個(gè)劍術(shù)方面的世界紀(jì)錄。

其實(shí)機(jī)器人和人類比賽劍術(shù)只是一個(gè)表象，深層次的技術(shù)表現(xiàn)還是在機(jī)器人對(duì)人類動(dòng)作的模仿以及完成動(dòng)作的精準(zhǔn)性。

我們從視頻上可以看到，首先MH24會(huì)對(duì)町井勛的揮劍動(dòng)作進(jìn)行模仿，這便涉及到動(dòng)作捕捉技術(shù)。技術(shù)涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位及方位測定等方面可以由計(jì)算機(jī)直接理解處理的數(shù)據(jù)。在運(yùn)動(dòng)物體的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，由Motion capture系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后得到三維空間坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。

當(dāng)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)識(shí)別后，可以應(yīng)用在動(dòng)畫制作，步態(tài)分析，生物力學(xué)，人機(jī)工程等領(lǐng)域。這項(xiàng)技術(shù)目前主要在各大科幻電影中被廣泛用到，而機(jī)器人要想對(duì)町井勛的揮劍動(dòng)作進(jìn)行模仿就需要獲得他動(dòng)作的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的采集目前主要的方法是慣性導(dǎo)航式動(dòng)作捕捉，通過慣性導(dǎo)航傳感器AHRS（航姿參考系統(tǒng)）、IMU（慣性測量單元）測量表演者運(yùn)動(dòng)加速度、方位、傾斜角等特性。不受環(huán)境干擾影響，不怕遮擋。捕捉精確度高，采樣速度高，達(dá)到每秒1000次或更高，這些都是慣性導(dǎo)航式動(dòng)作捕捉的優(yōu)點(diǎn)。

由于采用高集成芯片、模塊，體積小、尺寸小，重量輕，性價(jià)比高，慣導(dǎo)傳感器可以佩戴在表演者頭上，或通過17個(gè)傳感器組成數(shù)據(jù)服穿戴，通過USB線、藍(lán)牙、2.4Gzh DSSS無線等與主機(jī)相聯(lián)，分別可以跟蹤頭部、全身動(dòng)作，實(shí)時(shí)顯示完整的動(dòng)作。

（計(jì)算機(jī)對(duì)人動(dòng)作數(shù)據(jù)的采集以圖形化的方式展現(xiàn)在電腦上)

另一個(gè)就是機(jī)器人動(dòng)作的精準(zhǔn)性，而這也是一個(gè)機(jī)器人重要的指標(biāo)之一。我們知道，目前機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)機(jī)器人，在機(jī)器人對(duì)零件的裝配過程中，精準(zhǔn)性是必須要具備的。可想而知，機(jī)器人要想擰上一個(gè)螺絲，可是連位置都找不到，那可是很危險(xiǎn)的。我們從視頻中可以看到，MH24在切豌豆那么薄的東西的時(shí)候都能一刀斬，可見其精準(zhǔn)性是十分優(yōu)秀的。

好了，2015年那些優(yōu)秀的大型機(jī)器人就介紹到這里，如果你要覺得不盡興，我會(huì)在下篇介紹2015年那些優(yōu)秀的機(jī)器人小精靈們。