尽管Atlas已经能够如此流畅地跑酷,但摔跤对它来说依旧是一件不可避免的事情。跑酷过程中Atlas仍会失去平衡而摔倒,甚至有时为它提供动力的液压管会突然爆裂,让它瞬间“瘫痪”在地。
▲Atlas腿部液压管爆裂摔倒
Atlas正是在不断地摔跤中逐渐从蹒跚学步成长到可以流畅跑酷。在波士顿动力内部,“建造它、摔坏它、修好它(Build it, Break it, Fix it)成为了一句广为流传的口号。
对于波士顿动力的工程师而言,Atlas不断地摔跤和与障碍物之间的碰撞都是研究团队学习过程的一部分,这让Atlas身上需要改进的地方得以暴露,为他们提供了改进机器人的机会。
02.五年时间,环境感知和适应性得到提升
对Atlas来说,能够适应各种环境,保持身体平衡从而避免在行走、跑步、跳跃过程中摔跤是头等大事。为了做到这一点,从它对环境的感知能力到对环境的适应能力在这五年间经历了多次迭代。与此同时,它自主行动的能力也得到了增强。
1、从“醉汉”到“跑酷者”,Atlas身体协调性得到提高
最初的Atlas走路踉踉跄跄,行走过程中身体仍较为僵硬,在快要摔倒的时候无法调动全身,只会通过改变步伐来重新寻找平衡。它的双臂更是像“焊死”了一样,一动不动,因此网友评价它说像极了一个醉汉。
▲走路踉踉跄跄的Atlas
在接下来的几年内,Atlas逐渐学会了挥动双臂来保持身体平衡,对全身的调动也变得越来越灵活,甚至学会了倒立、跳马、跳舞和跑酷,其动作越来越接近人类。
然而,这并非单纯的对人类的模仿。机器人身体结构和人类有很大差别,比如它没有脊椎和肩胛骨,同时手臂也相对较为脆弱。因此团队必须不断地在它的尺寸和复杂性之间对它的重量、强度、活动能力等各种要素进行权衡,并对控制算法进行优化,来更好的协调它的各种动作。
尽管跑酷是一项小众运动,但是它作为一项需要调动全身的活动,要求Atlas做到在各种条件下保持身体平衡,并做到在各种动作之间的无缝切换,这为Atlas团队提供了一个完美的测试条件。
波士顿动力在IEEE Spectrum的一次采访中提到,Atlas开发团队正在利用跑酷来推动Atlas处理更多复杂的动态行为,目前仍只是一个开端,在接下来的几年内它将学会利用手臂拓展更多活动能力。
2、从提前预设行动到自主规划路径
如果你看完了Atlas这五年内的8条视频,可能会感觉Atlas在最近几年的进步没那么明显。比如,在2017年的时候Atlas就能够在台阶之间跳跃,还能进行后空翻。一年后,它又学会了一边跑步一边跃上几层台阶。在这样的成长轨迹下,Atlas学会“跑酷”似乎也是理所应当的。然而,Atlas实现这一系列动作背后的基本过程已经发生了巨大的改变。
最初的Atlas由人进行遥控,控制它的行走方向。如果想要它完成某项挑战(比如跑酷或跳舞等),需要提前对各种动作进行动态捕捉,然后将捕捉到的动作连成可执行的程序。这时的Atlas只是机械的完成相应的任务,而并没有与环境产生互动。
在Atlas最近的这次跑酷中,研究团队已不需要提前对它的行动进行规划。在跑酷之前,研究团队为Atlas提供了一张高级地图,其中大致描述了它的行动路线和相应位置应该做出的动作。跑酷过程中Atlas利用这些信息来为自己导航,并且它可以对环境进行感知,根据实时感知到的数据自主规划整个行动以完成挑战。
Atlas执行的每个动作都源自其行为库中的动作模板,它可以根据目标情况自主从库中选择相应的动作执行。跑酷过程中,Atlas的模型预测控制器(MPC)会调整其发力、姿势、动作发生时机等细节,来应对环境、脚滑等各种可能实时出现的因素。这意味着研究人员不必为Atlas的行动逐个调整细节,它的控制器就可以做到。