【改變時代】讓機械人上刀山下火海！斯坦福Robotics Lab獨家探秘

你或許對下面這張圖片有印象，這是一款能夠探索水下世界的人形機械人「Ocean One」，人們已經開始指派它做些「人們不願意做的事情」了...…

Ocean One來自於斯坦福機械人實驗室（Stanford Robotics Lab），由斯坦福教授Oussama Khatib領導。

為了探秘機械人領域最前沿的研究發展，跑的比香港記者還快的探長潛入Oussama Khatib的實驗室，和他談笑風生。

Khatib教授在向探長講解Ocean One

先給大家介紹一下Ocean One。它的背面安裝了計算單元、電池、推進器，能像真人一樣游泳。它身高5英尺，使用人工智能和觸覺反饋系統，向終端傳遞機械人所持東西的感受。

Ocean One讓控制員擁有機械人視角，和看見自己的手臂一樣。

最開始，Ocean One是用來檢測紅海中的深侯賽因瑚，因為其他水下機械人都非常容易破壞這些生物，而有了Ocean One，你可以坐在實驗室中操作機械手，然後將動作同步給水下正在工作的機械人，他還能完美地修復脆弱的珊瑚礁。

初次航行，Ocean One就幫助了潛水員從接近法國海岸打撈一艘沉船La Lune。沉沒于350年前的La Lune，沉入100米深的水底，因為OceanOne，到今天才露出真容。潛入100米深的水底這樣的任務對人類潛水員來說很危險。

再危險的地方也有機械人為你去探索

在Ocean One工作時，「手臂」上的力量傳感器會向操控者發送觸覺反饋，還能在潛水艇中感知乾燥物體的重量。它的「大腦」會與觸覺傳感器協同工作，確保手臂不會破壞物體。內置的航海系統還可以讓它在海洋中保持身體穩定。

Ocean One的拆解結構圖如下：

Ocean One有可抓取物體的手部（上面有許多攝像頭，可以用來「看清」水下物體），還配備了各種傳感器，包括壓力傳感器，扭力傳感器，航向傳感器等等；全視角攝像頭可以用來導航，探測環境地圖；而且它還配備了個「黑匣子」，叫多普勒計程儀，除了檢測航程外，還可以預測當下狀態。

斯坦福機械人實驗室的學生

Ocean One最大研究難點之一就是水下的高壓環境，它有肩膀、手肘等連在一起的硬件，並且相互間還要移動，在高壓環境下做出這些動作同時保持協調都是很大的挑戰。

Oussama Khatib教授表示他們使用了「油填充結構」（Oil-filled Structures），當外界水壓增加時，機械人內部的油也會增加壓力，使得Ocean One的內外壓力保持一致。通過這種結構，來保護這種多關節系統里的固件。

人機結合新思路

OceanOne這樣的機械人能在水下危險的環境中發揮很大的作用。譬如我們之前提到的沉船打撈，已經吸引了水下考古、海洋生物學、環保領域等公司和機構的關注外。

而但更重要的是，這種把人和機械人結合在一起的思路，賦予了機械人像真人一樣的直覺、專業和認識能力，讓人和機械人一起工作，兩者互相結合，可以進行一些對人來說比較危險的工作，有着廣闊的應用前景。

所有人類覺得危險的工作，都可以讓人操作機械人來做，比如礦井採礦、火災救援現場、危險設備的維修等場景。真是讓機械人「上刀山，下火海」啊！

通用的機械人控制系統

Oussama Khatib教授表示，他們研發了一套通用的機械人全身運動控制系統，抽象于機械人本身，也就是說這套系統也可以用在其他機械人身上。

當行走或站立時，人形機械人經常需要執行多個任務，同時保持約束條件。雖然人形機械人是高度冗余的，有時可能讓機械人執行所有的任務，同時滿足所有的約束條件，此外，多接觸點條件下也會增加額外的約束。

這就需要有一個框架，它能夠感知和理解身邊的環境，針對約束和任務，然後做出規劃，對機械人進行控制。

而Oussama Khatib教授是全身多任務多接觸人形機械人控制（Whole-Body Multi-Task Multi-Contact Humanoid Control）領域的專家，他們開發的這套基於全身運動控制（Whole Body Control）的系統，能夠很好的完成這個任務。

此外，他們還開發了完整的模擬和仿真環境，非常方便用於調試和測試。他們計劃明年將這套系統商業化。

Khatib教授還現場演示了他們的這套仿真系統。

帶上3D眼鏡，就可以看到具體效果

不仔細看，還以為他老人家在玩3D遊戲呢...…

他們實驗室之前還提出過使用登山杖來徒步通過崎嶇的地面的概念機械人，這一款配備有智能手杖的搜救機械人，配備有3D全景照相機，可掃描周圍環境。其配備的兩根手杖內置可視和力傳感裝置，能更靈敏地控制機械人攀登廢墟、進行搜救，已成功在他們實驗室進行了模擬實驗。

值得一提的是，我們之前報道的水下無人機團隊SeaDrone的兩位創始人也都畢業於他們實驗室。

比爾·蓋茨曾經預言，機械人即將重複個人電腦崛起的道路，未來家家都會有機械人，機械人能幫助或者代替我們做更多的事情，就像Ocean One一樣。這場革命必將與個人電腦一樣，徹底改變這個時代的生活方式。