腿部機(jī)器人ANYmal在通往海拔1098米的埃策爾山山頂?shù)膸r石路上。資料來(lái)源：三木孝宏

由Marco Hutter領(lǐng)導(dǎo)的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的控制方法，使一種名為ANYmal的腿部機(jī)器人能夠在困難的地形上快速而穩(wěn)健地移動(dòng)。得益于機(jī)器學(xué)習(xí)，該機(jī)器人可以首次將其對(duì)環(huán)境的視覺(jué)感知與觸覺(jué)相結(jié)合。

在濕滑地面上的陡峭路段、高臺(tái)階、碎石和充滿樹(shù)根的森林小徑：在蘇黎世湖南端的1098米高的Etzel山的道路上有許多障礙。但是，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的四足機(jī)器人ANYmal，在31分鐘的徒步旅行中毫不費(fèi)力地克服了120米的垂直高度。這比人類徒步旅行的預(yù)計(jì)時(shí)間快了4分鐘，而且沒(méi)有摔倒或走錯(cuò)路。

這是通過(guò)一種新的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員在機(jī)器人學(xué)教授Marco Hutter的領(lǐng)導(dǎo)下最近在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上發(fā)表了這一技術(shù)。Hutter說(shuō)："該機(jī)器人已經(jīng)學(xué)會(huì)了將其環(huán)境的視覺(jué)感知與本體感知--其基于腿部直接接觸的觸覺(jué)結(jié)合起來(lái)。這使它能夠更快、更有效地處理崎嶇的地形，最重要的是，更堅(jiān)固，在未來(lái)，ANYmal可以被用于對(duì)人類來(lái)說(shuō)太危險(xiǎn)或?qū)ζ渌麢C(jī)器人來(lái)說(shuō)太難以通行的任何地方。"

準(zhǔn)確感知環(huán)境

為了導(dǎo)航困難的地形，人類和動(dòng)物很自動(dòng)地將他們對(duì)環(huán)境的視覺(jué)感知與他們的腿和手的本體感知相結(jié)合。這使他們能夠輕松地處理濕滑或柔軟的地面，即使在能見(jiàn)度低的情況下，也能自信地四處移動(dòng)。到目前為止，腿部機(jī)器人只能在有限的范圍內(nèi)做到這一點(diǎn)。

哈特小組的博士生、該研究的主要作者Takahiro Miki解釋："原因是激光傳感器和攝像機(jī)所記錄的關(guān)于眼前環(huán)境的信息往往是不完整和模糊的，例如，高高的草、淺淺的水坑或雪看起來(lái)是不可逾越的障礙，或者部分不可見(jiàn)，盡管機(jī)器人實(shí)際上可以穿越它們。此外，機(jī)器人的視線在野外可能會(huì)被困難的照明條件、灰塵或霧氣所遮擋。"

Miki說(shuō)："這就是為什么像ANYmal這樣的機(jī)器人必須能夠自己決定何時(shí)相信對(duì)環(huán)境的視覺(jué)感知并輕快地前進(jìn)，以及何時(shí)謹(jǐn)慎地、小步地前進(jìn)更好，而這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。"

得益于一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新控制器，由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員開(kāi)發(fā)并由該學(xué)院附屬公司ANYbotics商業(yè)化的腿部機(jī)器人ANYmal現(xiàn)在首次能夠結(jié)合外部和本體感知。在機(jī)器人能夠在現(xiàn)實(shí)世界中測(cè)試其能力之前，科學(xué)家們?cè)谝粋€(gè)虛擬訓(xùn)練營(yíng)中將該系統(tǒng)暴露在眾多障礙物和錯(cuò)誤源中。這讓網(wǎng)絡(luò)學(xué)會(huì)了機(jī)器人克服障礙的理想方式，以及何時(shí)可以依賴環(huán)境數(shù)據(jù)--何時(shí)忽略這些數(shù)據(jù)會(huì)更好。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的胡特教授說(shuō)："通過(guò)這種訓(xùn)練，機(jī)器人能夠掌握最困難的自然地形，而之前并沒(méi)有見(jiàn)過(guò)這種地形。即使關(guān)于直接環(huán)境的傳感器數(shù)據(jù)模糊不清，這也能發(fā)揮作用。ANYmal就會(huì)發(fā)揮它的安全性，并依靠它的本體感知。據(jù)Hutter說(shuō)，這使機(jī)器人能夠結(jié)合兩個(gè)世界的優(yōu)點(diǎn)：外部感知的速度和效率以及本體感知的安全性。"

在極端條件下使用

無(wú)論是在地震之后、核災(zāi)難之后，還是在森林火災(zāi)期間，像ANYmal這樣的機(jī)器人主要可用于對(duì)人類來(lái)說(shuō)太危險(xiǎn)的地方，以及其他機(jī)器人無(wú)法應(yīng)對(duì)困難地形的地方。

去年9月，ANYmal在DARPA地下挑戰(zhàn)賽（世界上最著名的機(jī)器人競(jìng)賽）上展示了新的控制技術(shù)是如何運(yùn)作的。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的機(jī)器人在自主探索由狹窄隧道、洞穴和城市基礎(chǔ)設(shè)施組成的地下系統(tǒng)時(shí)，自動(dòng)并迅速克服了許多障礙和困難地形。這是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員作為CERBERUS團(tuán)隊(duì)的一部分，獲得第一名并獲得200萬(wàn)美元獎(jiǎng)金的主要原因。