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机器人来了:DRC大赛后的思考_4

  看到机器人这个词,你第一个想到的是什么?很可能是科幻小说里的角色,比如《星球大战》里忠诚的C3PO机器人,或者如果你心态比较悲观,那你想到的也许会是《终结者》系列里的杀人机器。

  机器人这个高科技行业的拟人设备概念由来已久,单词Robot源于旧斯拉夫语的Rabota,意思是奴隶,首次出现在1921年捷克艺术家卡雷尔恰佩克(Karel?apek)的《罗苏姆的通用机器人》(RossumsUniversalRobots)中,剧中机器人由人类扮演,造型和人类相似。

  早期的机器人概念和形式,很大一部分来自我们想象,不管是艾萨克阿西莫夫(IsaacAsimov)短篇科幻小说里的机器人,还是电影里的机器人,大多都有着人类现实生活的印记。

  然而实际情况并不如此,现在的机器人通常和人类没有任何相似之处。地球上的机器人们做着很平凡的琐事,比如在车间组装汽车零部件,根据网上订单从仓库中选取商品,打扫卫生、修剪草坪。

  最近无人驾驶汽车出现在公路上,机器人进化方向终于朝着《罗苏姆的通用机器人》走了一大步。这一点让许多人觉得不舒服,在今年2月Seapine软件公司赞助发起的民意调查中,88%美国人表示,不喜欢无人驾驶汽车这个概念,主要原因和顾虑,是害怕汽车失去控制。

  新旧两种机器人的概念区别在于,它们是否能自主行事。不论是通过直接操纵,比如手握方向盘,还是间接和远程操控,过去的机器人时时刻刻处于人类控制之下,然而最新的机器人有了自主权,它们外形也开始变得和人类相似。

  去年12月,美国国防部高级研究计划署(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,简称DARPA)在迈阿密举办了一场机器人竞赛,我们从中可以看到未来机器人的影子。当时我观摩机器人们表演,心情从欣慰到开心、最后还有点恐慌,我感觉要不了多久,DARPA大赛中的机器人就能颠覆我们的科技世界。

  DARPA是个神奇的政府机构,它给我们带来了不少突破性的技术进展,比如互联网、卫星导航系统、隐形战斗机和无人驾驶汽车(编注:互联网和无人驾驶汽车并不是MIT、Google单独研发,DARPA也有参与,它还举办过各类竞赛促进技术发展)。

  这个机构所用预算不到国防部总预算的0.5%,大约由100名项目管理者和技术支持人员组成,但它对社会造成的深远影响与其规模完全不成比例。而如今,又是它在一手推动机器人技术发展,特别是通用用途、半自主的人形机器人。

  DARPA机器人挑战赛(DARPARobotsChallenge,DRC)在霍姆斯特德-迈阿密赛道上举行,那天天气晴朗、万里无云,有16支队伍参赛,他们都想要证明自己是最好的,以获得100万美元的奖金,用于进一步研发工作。其中日本、韩国、香港各一队,剩下都是美国公司和机构,有麻省理工学院、卡耐基梅隆大学和美国航天局这种大型机构,也有小公司,甚至有一队是由业务爱好者组成,他们利用晚上和周末的空闲时间制作机器人。

  比赛分两天进行,共有八个部分,和公路赛道上寻常赛事不同,DRC气氛并不紧张,就像高尔夫比赛一样。在比赛的第二天,我就习惯了机器人缓慢而单调的动作。许多机器人看起来都重达千钧,特别是波士顿动力(BostonDynamics)的阿特拉斯号(Atlas),阿特拉斯号是个硬件平台,为那些没有自己的机器人的队伍提供空间,展示他们的编程技巧,以及对机器学习、视觉触觉等感官识别和行为规划的研究。

  阿特拉斯号就像是《终结者》里的杀人机器,与和蔼可亲的C3PO完全不一样。它身高1.9米,体重150千克,有28个液压关节,身体材质是塑料和铬合金。它的眼睛是个立体摄像机,眼睛上有个激光雷达测距仪,结合起来,可以形成周边环境的概览图。

  我看着它弯腰的姿势和迟钝的反应,感觉它和课堂上躲在角落里不学习的傻瓜一样。

  但它只是个新生儿,刚来到这个世界,正在蹒跚学步。在某一部分竞赛中,一个队伍操控着它面对门把手无能为力,我看着它弯腰的姿势和迟钝的反应,感觉它和课堂上躲在角落里不学习的傻瓜一样。

  竞赛就这么进行,16支队伍操控着机器人,在吉尔普拉特(GillPratt,麻省理工学院毕业的电气工程师和计算机科学家)设计的各个竞赛环节中比拼软硬件实力。

  普拉特创立DRC的起因是2011年3月日本福岛第一核电站事故,三个核反应堆在地震和海啸后意外的堆芯熔毁,随后发生了氢气爆炸,使得放射性碎片分布核电站周围。时至三年之后,核电站方圆12公里周围都依然不适合人类生存,具有放射性的地下水依然不断排入太平洋。

  2011年11月发行的《IEEESpectrum》杂志上一篇文章称,如果能及时处理反应堆1号机未排除的气体,那么后续反应堆的破坏是可以避免的。

  这个报告让普拉特有了创立DARPA机器人挑战赛的想法,因为一旦堆芯熔毁,整个反应堆附近温度会急剧上升,人类根本无法靠近,更别说打开气体阀门了。DARPA部门一位主管阿尔提普拉巴卡尔(AratiPrabhakar)在DRC竞赛时告诉我:在发生了福岛核电站事件后,我们这行业的每个人都深感遗憾,如果能早些研发出这类机器人,一切都会不一样。

  机器人设计的挑战在于:让机器人能够准确的感知变化的周边世界,迅速制定相应的移动线路规划,然后在感知信息尚未过期前执行这些规划,否则又要重新进行感知和计算过程。这个挑战是两岁小孩就能完美做到的事情,但DARPA把它归类为DARPA-困难。

  这是因为挑战的每个部分感知、规划和运动都需要大量计算,在最短的时间内算出所需结果。很长一段时间内,机器人运动场所的环境变量都在人为控制范围中,比如工厂之类的地区,因为那些地方变量较少、计算量符合处理器性能。

  直到近些年这一控制才有所放松,DARPA在2004、2005和2007年举行了无人驾驶汽车的长途竞赛和城市挑战赛,证明了机器人能在这纷繁的世界上自主行事。计算机速度已经足够快、体积足够小,传感器和算法也改进得逐渐适应了现实生活的要求,让汽车足以能在城市街道上自主行驶了。

  科幻小说带来了一个问题,人们觉得许多技术实现起来很简单,但实际上并不是这样。

  尽管如此,这些有着轮子的机器人还是经过了简化,计算性能利用率更高,它们不需要维持平衡、不需要动用太多部件就可以往前走,但同时也不能做出高难度的动作,比如攀爬。它们不能对不可预知的环境变化例如建筑物的废墟作出反应,也不能像使用工具。这一切,都是DRC竞赛中的比拼项目。

  普拉特和他的同事们设计了八项挑战,都是与人类急救人员行为类似的任务,但环境更为险峻,包括:短距离驾驶汽车,移动某一条线路上的废墟,开门,连接消防水带,攀登2.4米高的陡峭梯子,用电动工具在墙上打洞,转动车轮(模拟打开阀门),徒步穿越凹凸不平的地面。

  如果说这种对人太简单而对机器人较困难的任务没有足够挑战性,DARPA还在另一个层面上提高了难度:通讯。如果机器人与人类操控端之间超过了视线可见的距离,通讯质量会下降,普拉特把这个下降比喻成手机通话时的信号强弱,清晰可见和噪音满满的区别。难度提高后,机器人就有必要实现自主行动功能了,或者说,至少得实现半自主。不能像原先一样,在发送数据回控制端后等待具体指令,而是要能够理解一些更高层次的要求,比如走向那扇门和开门,换句话说,机器人必须要具备一定思维。

  在普拉特的构思中,DPR初赛(DPRTrails)是未来一系列竞赛中的第一环,功能就像是在校对认知,让DARPA能够了解目前机器人技术发展情况,以设计明年DRC总决赛项目。这次是试验性的比赛,好处在于它能让我们直观的了解到,机器人能做到什么,DPR开始前,普拉特在记者发布会上这么说,缺点也同样明显,有时候我们会被科幻小说误导认知,以为有些事情很容易做到,但实际上根本不是那样,我们有着不见棺材不落泪的心态,还是要先去做,实例才有说服力。所以说,这场比赛不仅能让我们改正对机器人的认识,更主要的是,能让大众摆正认识。

  做这种校对既是科学,也能算是艺术。波士顿动力负责人马克雷波特(MarcRaibert)做这项工作已经有30余年,20世纪80年代和90年代他分别在卡耐基梅隆大学和麻省理工学院担任教授,1992年他辞职创办波士顿动力公司。在DRC赛场上,比赛规定是要穿颜色鲜艳的安全背心,但雷波特穿的是夏威夷衬衫,似乎这些规则对他不适用。

  波士顿动力公司研发的LS3有脚给养支持系统(LeggedSquadSupportSystem)和野猫四组机器人(Wildcat)在整个赛程中表现十分亮眼,虽然不是参赛者,公司确实为DRC初赛的成功作出了不菲贡献,比如阿特拉斯号机器人这个平台。波士顿动力很早前就开始与DARPA合作,内容包括打造仿动物机器人,让LS3应用于士兵装备运输,升级阿特拉斯号让其支持内置便携式电源,改进DRC上依靠电缆进行传输供电的运行模式。

  早在上世纪60年代,DARPA的项目管理者们就开始思考,试图打造能够翻越不同地形运输食物和弹药的机械大象和机械马,在特殊地形时能够替代吉普车和直升机作为后勤工具,让越南战争中的越共士兵能用上它们。不过在DARPA下一代领导人上任后,这个想法就被淡化,因为领导层害怕这个远超时代的想法被传播出去,而自己没能力实现。

  五十年后的现在,技术发展已经跟上了想象力,波士顿动力已经成功研发了机械马。动物能做的事情,就是我们想要机器也能做的事情,雷波特在DRC上告诉我,它们可以爬山,可以在非常复杂的地形中运动,包括人类在内,动物用自己的四肢几乎到达了地球上每一个地方,轮子和履带做不到这一点。所以说,我们的梦想就是设计出有动物一般机动性和智能的机器人。

  在展示技术时,一名波士顿动力的工程师拿着无线电控制器,命令LS3从跪姿站立,结果这个机器人展示了惊人的灵巧伴随着一阵引擎启动声,它立马就开始了慢跑。

  在实现了一般程度的灵活性后,LS3的研发又回到了原先的问题上:自主行事。尽管这个人形机器人可以保持自身直立,甚至跟随前方人类的脚步,但它需要一名操作者在附近,智慧程度与真正的动物无法匹敌。雷波特表示,动物有很多肌肉,有大脑控制这些肌肉,还有强壮的骨骼等等,这种程度的动作根本不在话下,但对于我们这些工程师,这就是必须攻克的难题了。

  LS3,或者说DRC初赛的作用在于,告诉工程师和大众科技局限性所在直到出现突破性进展。自从1958年成立以来,DARPA项目管理者们见证了太多的突破,所以DARPA副署长史蒂芬沃克(StevenWalker)带着强烈自信告诉我,尽管现在机器人面临的挑战是复杂地形,但他可以肯定,几年内的DRC赛事上就可以看到速度和灵活性兼备的机器人。沃克曾经是采用了吸气式超燃冲压发动机的、世界上最快的飞机X-51A项目领头人,那是DARPA历史上最成功的项目之一。

  在2004年的无人驾驶汽车挑战赛上,没有一辆汽车能够走完全程,而那时的全程赛道位于沙漠上,几乎都是直线冲刺。到了2005年,就出现了5名完成者。2007年的第三届比赛上,这些无人驾驶汽车就能在模拟城市街道上自主导航了。时隔三年,汽车制造商就已经实现了特定制约下的自主行事,让机器人们变得更主动,至于是否能完全自主行事,阻碍在于社会和政治角度,而非技术限制。

  普拉特、沃克、普拉巴卡尔以及所有参与了DRC的团队,都一致认为自主人形机器人是行业的正确发展方向,他们对于行业的看法,正如机器人能用激光雷达测距仪清晰勾勒出周围环境一般。

  不得不承认,这一届DRC初赛上的机器人水平大体上确实不够看,只有冠军SCHAFT队亮蓝色的人形机器人其实就是把传感器和计算系统做成了人形有不少亮点,在其他机器人蹒跚而犹豫的时候,它大步跨越了崎岖地形,穿过了路径上随机摆放的煤渣块障碍物,它的动作看起来充满自信。在阶梯挑战上,它一步当两步走,在规定时间内完成了任务。

  SCHAFT团队领袖是中西佑都(YutoNakanishi),在每一项比赛进行时候,他都表现得安静而专注,直到自己队伍的机器人获胜,他才会握拳示意。很显然,SCHAFT团队有着王者气质,最终它也赢得了比赛。而且SCHAFT队伍背后是东京大学下属的一家私人公司,福岛第一核电站事故正发生在日本,它获得了DRC冠军也算是实至名归、非常合适的。

  同时,就像Google对于自动驾驶汽车的研发工作在2005年收购了一只获得自动驾驶汽车挑战赛的冠军队伍一样,这家搜索引擎巨头在DRC开始前一周作,买下了SCHAFT和波士顿动力,DARPA前任领头人里贾纳杜根(ReginaDugan)进入SCHAFT董事会,纳杜根原先在Google(前)子公司摩托罗拉负责先进技术和项目。Google就像是平民版DARPA一般。

  人形机器人进入人类科技版图纸是个时间问题,就像无人驾驶汽车和可穿戴智能设备一样。

  除了SCHAFT和波士顿动力,Google还收购了其他五家机器人公司,毫无疑问地,这家地球上最成功的创新型企业为机器人研发付出了巨大赌注。虽然Google从不透露其未来计划,但从它动向不难看出一二,不论我们喜不喜欢这个变化,可以这么说,通用用途的、行为半自主的人形机器人将在我们未来的科技领域打下一片天空,就像Google的另外两个项目一样:无人驾驶汽车,可穿戴智能设备。

  灾难覆盖区只是通用的一个方面,机器人还能用于其他人类创造的环境中,发挥更大作用。例如智能家居中的机器人吸尘器、温控器、灯、喷头等等,目前这些设备售价甚高,只有那些有闲钱的人才能买来尝鲜,而未来随着人口增长,它们会逐渐变成必需品。

  在工业化国家,年龄65岁以上的人口数量增长速度,远比劳动力人口增长速度要快。例如,根据卫生和人类服务部统计,美国内前者数额将在2030年达到7210万人,是2000年的两倍。而在日本,65岁以上群体数量增长速度快得前所未有,根据日本国家人口和社会保障研究所预测,到2050年时这个群体数量将占据全国人口数量的四分之一。

  DRC赛事负责人吉尔普拉特(GillPratt)观察到了这个趋势,他发现已经有不少家用洗碗机和真空吸尘器了,但他并不否认这DRC赛事中的机器人,尽管它们造价昂贵、体积巨大,设计目的也是用于福岛第一核电站事故之类的灾难。普拉特预测说,将来机器人能够大批量生产,成本降低至公众水平,全世界的消防部门都能用得上,一旦出现了灾难,它们会和消防车、除颤器在第一时间到达现场。

  很显然,如果实现人道主义的机器人出现了,那机器人士兵也就很快会出现。

  普拉特表示,DRC赛事上的机器人设计纯粹出于人道主义,DARPA部门并不打算把它们军事用途。但很多人都不认同这个说法,例如国际机器人武装控制委员会的马克哥布德(MarkGubrud),哥布德跟我说,我觉得DRC这事儿,首先要看的就是它赞助商DARPA,很显然,他们不光要设计用于枯燥、肮脏和危险环境的机器人,还会有兴趣制造机器人士兵,至少这是他们长期目标之一。很显然,一旦有了前者,后者也就不远了。真是大煞风景,就算这话说得没错,但我认为,未来C3PO和终结者都注定会是我们生活的一部分。

  在经过开发团队一年的努力后,今年12月,软硬件水平全面提升的机器人们会再一次来到DRC赛场上。前八名团队会直接获得DARPA帮助,但包括全员志愿者的Mojavaton队在内,其他许多队伍都要过上一年自费研发、捂紧口袋的日子。今年DARPA提供的奖金提升到了200万美元,而且DARPA承诺,还会启动另一个以科幻小说概念现实化为基础(就像机器人这个概念一样)的项目,证明一些看似不可能的事情,实际上是可行的。这一项目同样会影响深远,再一次动摇我们关于机器人自主行为的看法。

  如果DARPA副署长史蒂芬沃克(StevenWalker)是正确的,在DRC总决赛上,我们不仅可以看到机器人高效地进行步行、使用电动工具等比赛项目,还可以看到它们自行驾驶汽车,理解人类的许多指令。如果人形机器人发展速度能够和无人驾驶汽车一样快,那么不过几年,我们就能看到更加智能、更加自主的人形机器人,它们能够独立感知这个世界,理解和独立执行复杂命令。那时距离人形机器人侵入我们生活,作为助手、第一反应人员和执法者,也就不远了。

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