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。

   6月6日DARPA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

相关专题：天津滨海新区大爆炸
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自闵应骅科学网博客。
链接地址：https://blog.sciencenet.cn/blog-290937-915463.html

上一篇：当创新失败的时候（150810）
下一篇：医学成像对疾病诊断到底有多大用？（150831）