腿部機器人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)院研究人員開發(fā)了一種新的控制方法，使一種名為ANYmal的腿部機器人能夠在困難的地形上快速而穩(wěn)健地移動。得益于機器學(xué)習(xí)，該機器人可以首次將其對環(huán)境的視覺感知與觸覺相結(jié)合。

在濕滑地面上的陡峭路段、高臺階、碎石和充滿樹根的森林小徑：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)院機器人系統(tǒng)實驗室的四足機器人ANYmal，在31分鐘的徒步旅行中毫不費力地克服了120米的垂直高度。這比人類徒步旅行的預(yù)計時間快了4分鐘，而且沒有摔倒或走錯路。

這是通過一種新的控制技術(shù)實現(xiàn)的，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員在機器人學(xué)教授Marco Hutter的領(lǐng)導(dǎo)下最近在《科學(xué)機器人》雜志上發(fā)表了這一技術(shù)。Hutter說："該機器人已經(jīng)學(xué)會了將其環(huán)境的視覺感知與本體感知--其基于腿部直接接觸的觸覺結(jié)合起來。這使它能夠更快、更有效地處理崎嶇的地形，最重要的是，更堅固，在未來，ANYmal可以被用于對人類來說太危險或?qū)ζ渌麢C器人來說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，人類和動物很自動地將他們對環(huán)境的視覺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，即使在能見度低的情況下，也能自信地四處移動。到目前為止，腿部機器人只能在有限的范圍內(nèi)做到這一點。

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是不可逾越的障礙，或者部分不可見，盡管機器人實際上可以穿越它們。此外，機器人的視線在野外可能會被困難的照明條件、灰塵或霧氣所遮擋。"

Miki說："這就是為什么像ANYmal這樣的機器人必須能夠自己決定何時相信對環(huán)境的視覺感知并輕快地前進，以及何時謹(jǐn)慎地、小步地前進更好，而這是一個巨大的挑戰(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)院研究人員開發(fā)并由該學(xué)院附屬公司ANYbotics商業(yè)化的腿部機器人ANYmal現(xiàn)在首次能夠結(jié)合外部和本體感知。在機器人能夠在現(xiàn)實世界中測試其能力之前，科學(xué)家們在一個虛擬訓(xùn)練營中將該系統(tǒng)暴露在眾多障礙物和錯誤源中。這讓網(wǎng)絡(luò)學(xué)會了機器人克服障礙的理想方式，以及何時可以依賴環(huán)境數(shù)據(jù)--何時忽略這些數(shù)據(jù)會更好。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的胡特教授說："通過這種訓(xùn)練，機器人能夠掌握最困難的自然地形，而之前并沒有見過這種地形。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就會發(fā)揮它的安全性，并依靠它的本體感知。據(jù)Hutter說，這使機器人能夠結(jié)合兩個世界的優(yōu)點：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這樣的機器人主要可用于對人類來說太危險的地方，以及其他機器人無法應(yīng)對困難地形的地方。

去年9月，ANYmal在DARPA地下挑戰(zhàn)賽（世界上最著名的機器人競賽）上展示了新的控制技術(shù)是如何運作的。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的機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，自動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團隊的一部分，獲得第一名并獲得200萬美元獎金的主要原因。