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機器人來了:DRC大賽后的思考

字號+ 作者:新聞小編 來源:未知 2019-08-14 11:04 我要評論( )

:看到機器人這個詞,你第一個想到的是什么?很可能是科幻小說里的角色,比如《星球大戰》里忠誠的C3PO機器人,或者......

  看到機器人這個詞,你第一個想到的是什么?很可能是科幻小說里的角色,比如《星球大戰》里忠誠的C3PO機器人,或者如果你心態比較悲觀,那你想到的也許會是《終結者》系列里的殺人機器。

  機器人這個高科技行業的擬人設備概念由來已久,單詞Robot源于舊斯拉夫語的Rabota,意思是奴隸,首次出現在1921年捷克藝術家卡雷爾恰佩克(Karel?apek)的《羅蘇姆的通用機器人》(RossumsUniversalRobots)中,劇中機器人由人類扮演,造型和人類相似。

  早期的機器人概念和形式,很大一部分來自我們想象,不管是艾薩克阿西莫夫(IsaacAsimov)短篇科幻小說里的機器人,還是電影里的機器人,大多都有著人類現實生活的印記。

  然而實際情況并不如此,現在的機器人通常和人類沒有任何相似之處。地球上的機器人們做著很平凡的瑣事,比如在車間組裝汽車零部件,根據網上訂單從倉庫中選取商品,打掃衛生、修剪草坪。

  最近無人駕駛汽車出現在公路上,機器人進化方向終于朝著《羅蘇姆的通用機器人》走了一大步。這一點讓許多人覺得不舒服,在今年2月Seapine軟件公司贊助發起的民意調查中,88%美國人表示,不喜歡無人駕駛汽車這個概念,主要原因和顧慮,是害怕汽車失去控制。

  新舊兩種機器人的概念區別在于,它們是否能自主行事。不論是通過直接操縱,比如手握方向盤,還是間接和遠程操控,過去的機器人時時刻刻處于人類控制之下,然而最新的機器人有了自主權,它們外形也開始變得和人類相似。

  去年12月,美國國防部高級研究計劃署(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,簡稱DARPA)在邁阿密舉辦了一場機器人競賽,我們從中可以看到未來機器人的影子。當時我觀摩機器人們表演,心情從欣慰到開心、最后還有點恐慌,我感覺要不了多久,DARPA大賽中的機器人就能顛覆我們的科技世界。

  DARPA是個神奇的政府機構,它給我們帶來了不少突破性的技術進展,比如互聯網、衛星導航系統、隱形戰斗機和無人駕駛汽車(編注:互聯網和無人駕駛汽車并不是MIT、Google單獨研發,DARPA也有參與,它還舉辦過各類競賽促進技術發展)。

  這個機構所用預算不到國防部總預算的0.5%,大約由100名項目管理者和技術支持人員組成,但它對社會造成的深遠影響與其規模完全不成比例。而如今,又是它在一手推動機器人技術發展,特別是通用用途、半自主的人形機器人。

  DARPA機器人挑戰賽(DARPARobotsChallenge,DRC)在霍姆斯特德-邁阿密賽道上舉行,那天天氣晴朗、萬里無云,有16支隊伍參賽,他們都想要證明自己是最好的,以獲得100萬美元的獎金,用于進一步研發工作。其中日本、韓國、香港各一隊,剩下都是美國公司和機構,有麻省理工學院、卡耐基梅隆大學和美國航天局這種大型機構,也有小公司,甚至有一隊是由業務愛好者組成,他們利用晚上和周末的空閑時間制作機器人。

  比賽分兩天進行,共有八個部分,和公路賽道上尋常賽事不同,DRC氣氛并不緊張,就像高爾夫比賽一樣。在比賽的第二天,我就習慣了機器人緩慢而單調的動作。許多機器人看起來都重達千鈞,特別是波士頓動力(BostonDynamics)的阿特拉斯號(Atlas),阿特拉斯號是個硬件平臺,為那些沒有自己的機器人的隊伍提供空間,展示他們的編程技巧,以及對機器學習、視覺觸覺等感官識別和行為規劃的研究。

  阿特拉斯號就像是《終結者》里的殺人機器,與和藹可親的C3PO完全不一樣。它身高1.9米,體重150千克,有28個液壓關節,身體材質是塑料和鉻合金。它的眼睛是個立體攝像機,眼睛上有個激光雷達測距儀,結合起來,可以形成周邊環境的概覽圖。

  我看著它彎腰的姿勢和遲鈍的反應,感覺它和課堂上躲在角落里不學習的傻瓜一樣。

  但它只是個新生兒,剛來到這個世界,正在蹣跚學步。在某一部分競賽中,一個隊伍操控著它面對門把手無能為力,我看著它彎腰的姿勢和遲鈍的反應,感覺它和課堂上躲在角落里不學習的傻瓜一樣。

  競賽就這么進行,16支隊伍操控著機器人,在吉爾普拉特(GillPratt,麻省理工學院畢業的電氣工程師和計算機科學家)設計的各個競賽環節中比拼軟硬件實力。

  普拉特創立DRC的起因是2011年3月日本福島第一核電站事故,三個核反應堆在地震和海嘯后意外的堆芯熔毀,隨后發生了氫氣爆炸,使得放射性碎片分布核電站周圍。時至三年之后,核電站方圓12公里周圍都依然不適合人類生存,具有放射性的地下水依然不斷排入太平洋。

  2011年11月發行的《IEEESpectrum》雜志上一篇文章稱,如果能及時處理反應堆1號機未排除的氣體,那么后續反應堆的破壞是可以避免的。

  這個報告讓普拉特有了創立DARPA機器人挑戰賽的想法,因為一旦堆芯熔毀,整個反應堆附近溫度會急劇上升,人類根本無法靠近,更別說打開氣體閥門了。DARPA部門一位主管阿爾提普拉巴卡爾(AratiPrabhakar)在DRC競賽時告訴我:在發生了福島核電站事件后,我們這行業的每個人都深感遺憾,如果能早些研發出這類機器人,一切都會不一樣。

  機器人設計的挑戰在于:讓機器人能夠準確的感知變化的周邊世界,迅速制定相應的移動線路規劃,然后在感知信息尚未過期前執行這些規劃,否則又要重新進行感知和計算過程。這個挑戰是兩歲小孩就能完美做到的事情,但DARPA把它歸類為DARPA-困難。

  這是因為挑戰的每個部分感知、規劃和運動都需要大量計算,在最短的時間內算出所需結果。很長一段時間內,機器人運動場所的環境變量都在人為控制范圍中,比如工廠之類的地區,因為那些地方變量較少、計算量符合處理器性能。

  直到近些年這一控制才有所放松,DARPA在2004、2005和2007年舉行了無人駕駛汽車的長途競賽和城市挑戰賽,證明了機器人能在這紛繁的世界上自主行事。計算機速度已經足夠快、體積足夠小,傳感器和算法也改進得逐漸適應了現實生活的要求,讓汽車足以能在城市街道上自主行駛了。

  科幻小說帶來了一個問題,人們覺得許多技術實現起來很簡單,但實際上并不是這樣。

  盡管如此,這些有著輪子的機器人還是經過了簡化,計算性能利用率更高,它們不需要維持平衡、不需要動用太多部件就可以往前走,但同時也不能做出高難度的動作,比如攀爬。它們不能對不可預知的環境變化例如建筑物的廢墟作出反應,也不能像使用工具。這一切,都是DRC競賽中的比拼項目。

  普拉特和他的同事們設計了八項挑戰,都是與人類急救人員行為類似的任務,但環境更為險峻,包括:短距離駕駛汽車,移動某一條線路上的廢墟,開門,連接消防水帶,攀登2.4米高的陡峭梯子,用電動工具在墻上打洞,轉動車輪(模擬打開閥門),徒步穿越凹凸不平的地面。

  如果說這種對人太簡單而對機器人較困難的任務沒有足夠挑戰性,DARPA還在另一個層面上提高了難度:通訊。如果機器人與人類操控端之間超過了視線可見的距離,通訊質量會下降,普拉特把這個下降比喻成手機通話時的信號強弱,清晰可見和噪音滿滿的區別。難度提高后,機器人就有必要實現自主行動功能了,或者說,至少得實現半自主。不能像原先一樣,在發送數據回控制端后等待具體指令,而是要能夠理解一些更高層次的要求,比如走向那扇門和開門,換句話說,機器人必須要具備一定思維。

  在普拉特的構思中,DPR初賽(DPRTrails)是未來一系列競賽中的第一環,功能就像是在校對認知,讓DARPA能夠了解目前機器人技術發展情況,以設計明年DRC總決賽項目。這次是試驗性的比賽,好處在于它能讓我們直觀的了解到,機器人能做到什么,DPR開始前,普拉特在記者發布會上這么說,缺點也同樣明顯,有時候我們會被科幻小說誤導認知,以為有些事情很容易做到,但實際上根本不是那樣,我們有著不見棺材不落淚的心態,還是要先去做,實例才有說服力。所以說,這場比賽不僅能讓我們改正對機器人的認識,更主要的是,能讓大眾擺正認識。

  做這種校對既是科學,也能算是藝術。波士頓動力負責人馬克雷波特(MarcRaibert)做這項工作已經有30余年,20世紀80年代和90年代他分別在卡耐基梅隆大學和麻省理工學院擔任教授,1992年他辭職創辦波士頓動力公司。在DRC賽場上,比賽規定是要穿顏色鮮艷的安全背心,但雷波特穿的是夏威夷襯衫,似乎這些規則對他不適用。

  波士頓動力公司研發的LS3有腳給養支持系統(LeggedSquadSupportSystem)和野貓四組機器人(Wildcat)在整個賽程中表現十分亮眼,雖然不是參賽者,公司確實為DRC初賽的成功作出了不菲貢獻,比如阿特拉斯號機器人這個平臺。波士頓動力很早前就開始與DARPA合作,內容包括打造仿動物機器人,讓LS3應用于士兵裝備運輸,升級阿特拉斯號讓其支持內置便攜式電源,改進DRC上依靠電纜進行傳輸供電的運行模式。

  早在上世紀60年代,DARPA的項目管理者們就開始思考,試圖打造能夠翻越不同地形運輸食物和彈藥的機械大象和機械馬,在特殊地形時能夠替代吉普車和直升機作為后勤工具,讓越南戰爭中的越共士兵能用上它們。不過在DARPA下一代領導人上任后,這個想法就被淡化,因為領導層害怕這個遠超時代的想法被傳播出去,而自己沒能力實現。

  五十年后的現在,技術發展已經跟上了想象力,波士頓動力已經成功研發了機械馬。動物能做的事情,就是我們想要機器也能做的事情,雷波特在DRC上告訴我,它們可以爬山,可以在非常復雜的地形中運動,包括人類在內,動物用自己的四肢幾乎到達了地球上每一個地方,輪子和履帶做不到這一點。所以說,我們的夢想就是設計出有動物一般機動性和智能的機器人。

  在展示技術時,一名波士頓動力的工程師拿著無線電控制器,命令LS3從跪姿站立,結果這個機器人展示了驚人的靈巧伴隨著一陣引擎啟動聲,它立馬就開始了慢跑。

  在實現了一般程度的靈活性后,LS3的研發又回到了原先的問題上:自主行事。盡管這個人形機器人可以保持自身直立,甚至跟隨前方人類的腳步,但它需要一名操作者在附近,智慧程度與真正的動物無法匹敵。雷波特表示,動物有很多肌肉,有大腦控制這些肌肉,還有強壯的骨骼等等,這種程度的動作根本不在話下,但對于我們這些工程師,這就是必須攻克的難題了。

  LS3,或者說DRC初賽的作用在于,告訴工程師和大眾科技局限性所在直到出現突破性進展。自從1958年成立以來,DARPA項目管理者們見證了太多的突破,所以DARPA副署長史蒂芬沃克(StevenWalker)帶著強烈自信告訴我,盡管現在機器人面臨的挑戰是復雜地形,但他可以肯定,幾年內的DRC賽事上就可以看到速度和靈活性兼備的機器人。沃克曾經是采用了吸氣式超燃沖壓發動機的、世界上最快的飛機X-51A項目領頭人,那是DARPA歷史上最成功的項目之一。

  在2004年的無人駕駛汽車挑戰賽上,沒有一輛汽車能夠走完全程,而那時的全程賽道位于沙漠上,幾乎都是直線沖刺。到了2005年,就出現了5名完成者。2007年的第三屆比賽上,這些無人駕駛汽車就能在模擬城市街道上自主導航了。時隔三年,汽車制造商就已經實現了特定制約下的自主行事,讓機器人們變得更主動,至于是否能完全自主行事,阻礙在于社會和政治角度,而非技術限制。

  普拉特、沃克、普拉巴卡爾以及所有參與了DRC的團隊,都一致認為自主人形機器人是行業的正確發展方向,他們對于行業的看法,正如機器人能用激光雷達測距儀清晰勾勒出周圍環境一般。

  不得不承認,這一屆DRC初賽上的機器人水平大體上確實不夠看,只有冠軍SCHAFT隊亮藍色的人形機器人其實就是把傳感器和計算系統做成了人形有不少亮點,在其他機器人蹣跚而猶豫的時候,它大步跨越了崎嶇地形,穿過了路徑上隨機擺放的煤渣塊障礙物,它的動作看起來充滿自信。在階梯挑戰上,它一步當兩步走,在規定時間內完成了任務。

  SCHAFT團隊領袖是中西佑都(YutoNakanishi),在每一項比賽進行時候,他都表現得安靜而專注,直到自己隊伍的機器人獲勝,他才會握拳示意。很顯然,SCHAFT團隊有著王者氣質,最終它也贏得了比賽。而且SCHAFT隊伍背后是東京大學下屬的一家私人公司,福島第一核電站事故正發生在日本,它獲得了DRC冠軍也算是實至名歸、非常合適的。

  同時,就像Google對于自動駕駛汽車的研發工作在2005年收購了一只獲得自動駕駛汽車挑戰賽的冠軍隊伍一樣,這家搜索引擎巨頭在DRC開始前一周作,買下了SCHAFT和波士頓動力,DARPA前任領頭人里賈納杜根(ReginaDugan)進入SCHAFT董事會,納杜根原先在Google(前)子公司摩托羅拉負責先進技術和項目。Google就像是平民版DARPA一般。

  人形機器人進入人類科技版圖紙是個時間問題,就像無人駕駛汽車和可穿戴智能設備一樣。

  除了SCHAFT和波士頓動力,Google還收購了其他五家機器人公司,毫無疑問地,這家地球上最成功的創新型企業為機器人研發付出了巨大賭注。雖然Google從不透露其未來計劃,但從它動向不難看出一二,不論我們喜不喜歡這個變化,可以這么說,通用用途的、行為半自主的人形機器人將在我們未來的科技領域打下一片天空,就像Google的另外兩個項目一樣:無人駕駛汽車,可穿戴智能設備。

  災難覆蓋區只是通用的一個方面,機器人還能用于其他人類創造的環境中,發揮更大作用。例如智能家居中的機器人吸塵器、溫控器、燈、噴頭等等,目前這些設備售價甚高,只有那些有閑錢的人才能買來嘗鮮,而未來隨著人口增長,它們會逐漸變成必需品。

  在工業化國家,年齡65歲以上的人口數量增長速度,遠比勞動力人口增長速度要快。例如,根據衛生和人類服務部統計,美國內前者數額將在2030年達到7210萬人,是2000年的兩倍。而在日本,65歲以上群體數量增長速度快得前所未有,根據日本國家人口和社會保障研究所預測,到2050年時這個群體數量將占據全國人口數量的四分之一。

  DRC賽事負責人吉爾普拉特(GillPratt)觀察到了這個趨勢,他發現已經有不少家用洗碗機和真空吸塵器了,但他并不否認這DRC賽事中的機器人,盡管它們造價昂貴、體積巨大,設計目的也是用于福島第一核電站事故之類的災難。普拉特預測說,將來機器人能夠大批量生產,成本降低至公眾水平,全世界的消防部門都能用得上,一旦出現了災難,它們會和消防車、除顫器在第一時間到達現場。

  很顯然,如果實現人道主義的機器人出現了,那機器人士兵也就很快會出現。

  普拉特表示,DRC賽事上的機器人設計純粹出于人道主義,DARPA部門并不打算把它們軍事用途。但很多人都不認同這個說法,例如國際機器人武裝控制委員會的馬克哥布德(MarkGubrud),哥布德跟我說,我覺得DRC這事兒,首先要看的就是它贊助商DARPA,很顯然,他們不光要設計用于枯燥、骯臟和危險環境的機器人,還會有興趣制造機器人士兵,至少這是他們長期目標之一。很顯然,一旦有了前者,后者也就不遠了。真是大煞風景,就算這話說得沒錯,但我認為,未來C3PO和終結者都注定會是我們生活的一部分。

  在經過開發團隊一年的努力后,今年12月,軟硬件水平全面提升的機器人們會再一次來到DRC賽場上。前八名團隊會直接獲得DARPA幫助,但包括全員志愿者的Mojavaton隊在內,其他許多隊伍都要過上一年自費研發、捂緊口袋的日子。今年DARPA提供的獎金提升到了200萬美元,而且DARPA承諾,還會啟動另一個以科幻小說概念現實化為基礎(就像機器人這個概念一樣)的項目,證明一些看似不可能的事情,實際上是可行的。這一項目同樣會影響深遠,再一次動搖我們關于機器人自主行為的看法。

  如果DARPA副署長史蒂芬沃克(StevenWalker)是正確的,在DRC總決賽上,我們不僅可以看到機器人高效地進行步行、使用電動工具等比賽項目,還可以看到它們自行駕駛汽車,理解人類的許多指令。如果人形機器人發展速度能夠和無人駕駛汽車一樣快,那么不過幾年,我們就能看到更加智能、更加自主的人形機器人,它們能夠獨立感知這個世界,理解和獨立執行復雜命令。那時距離人形機器人侵入我們生活,作為助手、第一反應人員和執法者,也就不遠了。

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