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讓機(jī)器人參與救災(zāi)，可能面臨哪些困難？
DANBACH ROBOT
Darpa 是美國的國防部高研究計劃局，Darpa 進(jìn)行了非常詳細(xì)的規(guī)劃來解決未來我們可能會面臨的復(fù)雜問題。
先假設(shè)機(jī)器人必須能夠去駕駛常規(guī)的車輛，能夠把這些常規(guī)的車輛駕駛到災(zāi)害發(fā)生地，到達(dá)災(zāi)害發(fā)生地的時候他們必須從車輛上下來，然后去清理路障，這樣才能夠進(jìn)入到災(zāi)害發(fā)生地。
旦進(jìn)入到大樓，他們必須能夠打開大門，進(jìn)入大樓之后，機(jī)器人必須能夠沿著非常陡的梯子或者樓梯往上爬，當(dāng)有些墻體阻礙了他們的前進(jìn)時，他們必須能夠在墻體上敲個大洞以便穿行過去，如果些管道泄漏，他們必須能夠自己關(guān)掉閥門。較后這些機(jī)器人必須能夠去解決些出其不意的問題，要做些沒有事先界定好的工作。
為了促進(jìn)活動的開展，Darpa 決定要對機(jī)器人挑戰(zhàn)賽投入上億美元資金進(jìn)行支持，選擇了七個團(tuán)隊來幫助他們解決這些問題。每個獲選的團(tuán)隊會獲得三百萬美元的資金支持，每個參與者都可以獲得這么多的資金支持，我們把它稱為 TrackA。TrackB 是團(tuán)隊進(jìn)行機(jī)器人操作來解決前面遇到的挑戰(zhàn)，旦參賽，他們會獲得 100 萬美元的資金，就是 TrackB。后來韓國政府、日本、歐盟有三個團(tuán)隊，韓國政府決定要參加到機(jī)器人挑戰(zhàn)賽，韓國政府提供了 400 萬美金的支持，日本政府也提供了幾百萬美元的資金支持，歐盟也提供了資金的支持，機(jī)器人挑戰(zhàn)賽三年的資金支持達(dá)到 1.1 億美金。在該挑戰(zhàn)賽當(dāng)中，我們開展了幾次活動。次是在 2013 年 6 月份，這是初選賽，到 2013 年 12 月份的時候進(jìn)行了預(yù)賽，2015 年 6 月份進(jìn)行了決賽。
這些機(jī)器人是參加挑戰(zhàn)賽的機(jī)器人。
Atlas，是由美公司發(fā)明的；
HRP 平臺機(jī)器人，是日本的代表機(jī)器人，它主要是針對工業(yè)設(shè)計的，是人機(jī)共同合作；
Jaxon 是日本的機(jī)器人，這個機(jī)器人在 2013 年 12 月份預(yù)賽獲勝后，公司被谷歌所收購；
還有來自美國宇航局的機(jī)器人 Robosimian，這個機(jī)器人研發(fā)的目的是為了在月球或者火星上進(jìn)行施工，他也在太空當(dāng)中進(jìn)行些作業(yè)，是太空作業(yè)的機(jī)器人；
還有 Chimp 機(jī)器人，是卡耐基梅隆大學(xué)發(fā)明的，還有來自意大利的機(jī)器人 Walkman；
這個 DRC—hubo 的是我專門為此次挑戰(zhàn)賽所組裝的機(jī)器人。
挑戰(zhàn)賽共有 25 個團(tuán)隊，有 7 個 Atlas 機(jī)器人，還有 2-3 個 Jaxon 機(jī)器人，有 4 個 HRP 機(jī)器人，其他的機(jī)器人也有幾個。
挑戰(zhàn)賽中，較開始是從右上角開始，先必須要把機(jī)器人放到車輛上，機(jī)器人必須要開車，然后進(jìn)入到目的地，接下來要從車輛上下來，進(jìn)入到大樓當(dāng)中。在這塊他必須要轉(zhuǎn)這個閥，接下來要拿工具在墻上敲個洞，在這里它還要應(yīng)對些意料之外的狀況，必須要穿過特定的障礙物，較后要從大樓上成功的撤出，離開救援地。
這樣的個任務(wù)較難做的就是他們下調(diào)了通信的帶寬，通常需要秒鐘的時間才能獲得比較好的視頻的圖像，但是旦他們進(jìn)入到了空間當(dāng)中， WiFi的帶寬就變成了萬分之，傳個圖片需要個小時的時間，旦機(jī)器人進(jìn)入到大樓，機(jī)器人必須自主去決定，沒有外部的支持。這里還有操作室，它離現(xiàn)場有 500 米的距離，因此操作人員無法知道現(xiàn)場發(fā)生的狀況，他們也不知道現(xiàn)場這些機(jī)器人是怎么運作，因為當(dāng)時 WiFi 通訊訊號是非常弱的。
25 個團(tuán)隊中，有 3 個團(tuán)隊個小時之內(nèi)進(jìn)入到了 A 點，較快的團(tuán)隊是44 分鐘就到達(dá)了目的地?？突仿〈髮W(xué)的團(tuán)隊是第二位，我們是位。很多團(tuán)隊沒有完成任務(wù)。
25 個機(jī)器人來自各地，他們的成本造價可能都達(dá)到 100 萬-200 萬美元，可能需要花幾年的時間才建造完成，它們行走得非常漂亮，操控也非常好，在實驗當(dāng)中它們表現(xiàn)得特別好，但在現(xiàn)實當(dāng)中卻會不斷地摔倒，會出現(xiàn)這樣那樣的故障，很多人對于這樣的結(jié)果感到特別的失望。
災(zāi)害響應(yīng)機(jī)器人，他們在進(jìn)入到災(zāi)害現(xiàn)場之前實際上遇到了非常多的障礙，因為他們遇到了真正的災(zāi)害。
在我們實驗室當(dāng)中這些機(jī)器人表現(xiàn)得特別好，但是在真正的現(xiàn)場，他們可能會遇到非常多的障礙和困難，因此在實驗室和現(xiàn)實區(qū)別非常大。
什么原因會導(dǎo)致機(jī)器人故障？
究竟發(fā)生了什么樣的狀況呢？我們發(fā)現(xiàn)有幾個原因造成了機(jī)器人的故障：
大部分的是系統(tǒng)和硬件的故障。
當(dāng)我們制造機(jī)器人的時候，有時候我們讓機(jī)器人行走，在實驗室當(dāng)中行走是很容易的，但是在任何地方讓他們隨時都能夠行走是很難的，因為有時候這個系統(tǒng)并不是特別的可靠。我們發(fā)現(xiàn)兩足行走本身對于機(jī)器人來說并不是特別安全。
還有另外個問題，機(jī)器人自己行動的話是可以的，但是旦機(jī)器人要和環(huán)境進(jìn)行互動，他可能會遇到非常多的障礙。
我給大家講個非常簡單的例子，你可以看到有些機(jī)器人他們要開門，對于機(jī)器人來說，開門這樣的個測試可能做起來是較難的。
因為大多數(shù)的機(jī)器人擅長定位，如果你讓機(jī)器人待在個位置是可以的，而如果讓機(jī)器人自身去模仿個人類，或者自己去做個事情實際上是很難的。
我給大家再稍微解釋下，開門意味著這個門本身是有個門閂的，它要是以門的閂為個中心點讓這個門旋轉(zhuǎn)，在開門的過程中這個機(jī)器人就得按照開門的軌道做同樣的動作，在這個軌道當(dāng)中他要考慮到機(jī)器人和門以及在門閂位置的關(guān)系，所以說如果這個計算軌道錯誤的話，就打不開門。如果這個軌道是能夠吻合的，就可以開門。如果不能夠配合，機(jī)器人的手指頭和胳膊很容易在開門的過程中就碎掉了。
在很多的開門試驗當(dāng)中大家可能都曾經(jīng)見過機(jī)器人是非常容易壞的，所以這個過程非常困難。我們認(rèn)為來實現(xiàn)這種自動化和監(jiān)管之間的諧和，有些東西需要讓人工智能自己完全自主的做些事情。有些事情可能不見得這么成功，而且有些人認(rèn)為機(jī)器人可以做什么事情，但不見得，因為在過程中些溝通的方式可能不樣，中間會存在些延遲，有時候視頻反饋又可能出現(xiàn)些問題。
這些對于這種自動化和監(jiān)管都是非常重要的。
還有點就是操作員會出現(xiàn)些錯誤，用戶見面，操作員在運作這個機(jī)器人的時候，在現(xiàn)實當(dāng)中操作員本身也非常重要。在我們這個情況下，我們的勝利點主要是在比賽之前做過些測試，我們盡可能個接個解決這些問題，在爾我們制造了個非常穩(wěn)健的機(jī)器人平臺，包括像電力方面，內(nèi)部的通信等等。另外我們還有非常強勁的視覺控制器。視覺系統(tǒng)非常容易出錯誤，因為它會去解決很多的數(shù)據(jù)，視覺控制器在這個系統(tǒng)當(dāng)中可能用到的比較多。
另外關(guān)鍵的點就是通過操作系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)器人編程。
我們暫時沒有使用IOS 系統(tǒng)，IOS 系統(tǒng)太大了，很難學(xué)習(xí)。另外系統(tǒng)本身是非常復(fù)雜的，而且也需要有非常多的支持。還有機(jī)器人的控制，實際上也是需要與周圍的環(huán)境結(jié)合在起，比如說開門、拉輛小車、把張紙放下等等，這些與環(huán)境有非常大的相關(guān)性，我們也要考慮到這些部分。
這些是我們建立的平臺，有很多不同的方式。這些零部件，在內(nèi)部也有非常好的散熱系統(tǒng)，我們還有內(nèi)部的水冷系統(tǒng)或者氣冷系統(tǒng)，就像汽車樣，里面會有些驅(qū)動的散熱單元。我們要讓這個機(jī)器人有高靈活度，他應(yīng)該非常流暢地與周圍的環(huán)境進(jìn)行結(jié)合，這個視頻當(dāng)中能夠看到他的個運轉(zhuǎn)的過程，你可以看到這個駕駛的方向盤和機(jī)器人的位置不是固定的，他們想測試下看這個機(jī)器人是如何來駕駛的，但是你看到機(jī)器人試圖想把方向盤拉到自己駕駛的位置，這是個非常復(fù)雜的過程。
這是應(yīng)用在車輛當(dāng)中的個算法。這個機(jī)器人如果扶住車輛的上沿往外跳，如果設(shè)置不合適可能會導(dǎo)致胳膊斷裂。當(dāng)然它可以取決于機(jī)器人和車輛的距離，以及機(jī)器人與地面的距離，有很多控制的決定因素，但是由于這個過程中有很多的跳動是被動的，所以我們要考慮到中間的些動力和摩擦以及與地面的高度等等。
我們可以看下這個機(jī)器人自己是怎么平衡自己的身體的，在出現(xiàn)干擾的情況下它內(nèi)部的控制，讓它能夠抗擊外部的沖擊，而且它還有能力能夠在磚上面進(jìn)行行走。
我們也是進(jìn)行了些其他的實驗。機(jī)器人在走動時，當(dāng)他感受到前面有個障礙的話，他可以讓倒下邊的手臂放松，避免些相應(yīng)的傷害。如果前面有障礙的話，他可以這樣走。在這個過程中需要讓自己身體的平衡，而且它需要對進(jìn)行地面情況的建模，這里有非常多的通信干擾，這里還是比較低頻、低帶寬的通信。另外個是它的適應(yīng)性。它在走的過程中有的時候可以跪下，要利用它的走動和滾動的方式，利用不同的環(huán)境，在跪的過程中使用下面的輪子進(jìn)行滾動。
機(jī)器人的視覺系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)個平衡，平衡的策略是在于對于機(jī)器人來講，它能夠找到這樣的平衡實際上是非常難的，但是我們可以讓機(jī)器人容易地測量到距離，給的指示是需要拿什么東西，其他的部分都是自己完成的。比如我們讓他在左手邊拿這個工具，他就可以測量出他和這個物體的距離。我們有非常好的分離功能，你可以看到他可以兩只手同步的進(jìn)行操作，這邊也可以手動。這是我們所做的些實驗。
我們在較終挑戰(zhàn)的時候拍攝了些照片：這里機(jī)器人駕駛車輛，從車跳下來，轉(zhuǎn)為跪態(tài)滾動，到了門口開門，需要測量距離，下面操作員給他指示了這個工具，但是工具的位置不太好，所以需要挪到左手邊然后重新測量遍，拿起，操作員向他指示中間那個黑點，其他東西都由他自己自動進(jìn)行。
對于機(jī)器人來說做這種非常復(fù)雜的任務(wù)，在個小時之內(nèi)不需要任何額外的幫助不是個非常簡單的事情，對于機(jī)器人來講是非常難的。
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