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从天津爆炸事故想入非非(150824) 精选

已有 10782 次阅读 2015-8-24 08:38 |个人分类:学术导航|系统分类:科研笔记| 机器人技术

从天津爆炸事故想入非非(150824

闵应骅

 

   812天津爆炸事故牵动着全国人民的心,在救火过程中光消防员据现在统计就死了65人,这些独生子也勇敢地往前冲。我在想,要是由机器人进去就不会有这么大的死伤。当然,现在机器人技术还达不到这个水平,所以我说有点想入非非。关于机器人,我们的新闻报道里有许多好消息,说什么工厂用上了多少机器人;什么公司推出了什么机器人。很少谈机器人面临一些什么问题?科研人员听了就不解渴,机器人技术还有什么可研究的呢?本月IEEE Spectrum发表一篇文章,介绍美国国防部高级研究局(DARPA)挑战赛上看到的机器人的技术难点。

   66DARPA在加州波摩娜举行DARPA机器人挑战赛(DRC),来自6个国家的23个站立机器人参赛。韩国高等科技学院的机器人DRC-Hubo获得冠军,获得200万美元的奖金。

   DRC-Hubo可以站立行走到机器前旋转轮子(如图1所示)。有的机器人能行走去开门、钻孔,也可能跌倒自己爬起来。DRC-Hubo完成8项指定的任务更快,而且更稳定地站在脚或者轮子上,它跪在轮子上还能溜冰。比赛安排了8个任务:操纵多用途运载车超越障碍;从该运载车上下车;旋转把手并开门;打开旋转阀;用电池供电的工具在纸面石膏板上打一个洞;把电源插头插到墙上插座里;穿越不平的地形或清洁碎片;爬一个比较短的楼梯。

   从这次比赛中,我们学到了什么?

1.软件是一个困难问题

   机器人一般使人更容易想起硬件的问题,其实软件也很难。机器人必须有操作员,而且看不到机器人,要靠传感器接收数据,进行解释,然后告诉操作员,等待指令。不要告诉我全智能的机器人,像真人一样,至少我现在不相信。对于航天的机器人尤其是这样,在故障情况下,可能还需要地面修改某些程序。又譬如机器人要越过一堆碎石,机器人需要扫描地形,计算一个可行的路线,然后穿过障碍物(如图2所示)。这一系列自治行为是很困难的,但对救灾机器人却很关键。要让机器人能够自治地处理特殊情况。

2.双脚行走很必要

   本次比赛第三名是用轮子在轨道上走,第二名是可以行走,而第一名是既可行走,也有轮子。行走不是特别稳定,容易跌倒,自动爬起来就不容易。而灾难救援往往需要在很窄的路上走过。到处是碎石砖块,本来就没有路,靠你自己走。

3.摔倒了怎么办?

   展品都不希望机器人摔倒,特别是四肢已经无力,路上还有碎石和喷水。有些能站起来,有些则需要人扶。以麻省理工学院的阿特拉斯机器人为例,它在第一天从车上下来以后就摔倒了,右臂损坏,机器人软件让它用力一扭,它就只能用左臂工作了。人工修复了一夜,第二天才正常。卡内基梅隆大学的CHIMP企图做自修复,增加了许多东西,显得有点过度工程了。

4.碰到破坏性故障怎么办?

  有些机器人硬着地,无法修复。比赛中最惨的摔倒是阿特拉斯的第二天,它从车上下来,穿过一个障碍,碰到一个两米长的液压机喷水,掉到一个有粘性物的沟里,不得不靠人把它搬开。

5.适应性是个大问题

   场景很小的变化,或者程序或命令很小的错误都能引起机器人灾难性的故障。这就是为什么机器人现在还不能用于实际的救灾,而且今后相当一段时间都做不到。DRC决赛中的机器人比以前的机器人更加通用和随机应变。但是,各队都帮着机器人选择在非平坦地形上越过碎片的通路。没有一个行走机器人团队选择清理碎片,也没有一个带轮子机器人团队去治理地形。他们用最简单的办法绕开困难。而在实际灾难区,机器人必须自己面对恶劣地形和碎石,不光是表现功能,还要表现适应环境的能力。

6.下一步怎么办?

   DARPA举办DRC的目的不是说现在马上就能用,而是着眼于高风险、高收益、长期的技术追求。10年前,DARPA举办过自主车辆的比赛,成功地引出了自驾驶汽车和卡车。今天,我们看到自治车辆技术主流的可喜发展。所以,如果能在5-10年内看到实用的救灾机器人就是DRC的成功。并不是说,其他的人型机器人都和DRC差不多,但都有继续前进的空间。今年,NASA将向大学团队展示几个瓦尔基里人型机器人,以探索把人型机器人送往太空,最后到达火星的可能性。

图1

图2




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