機器人后空翻是這樣“煉”成的

大臂屈肘，前臂在空中劃出一個優美的“扇面”之后舉過頭頂，Atlas的整個身體被帶動起來，腳掌蹬地，大腿力量爆發，一個后空翻，落地完美。

機器人Atlas后空翻視頻截圖

近日，波士頓動力發布了一段機器人后空翻的視頻，記者一直在猜想體操比賽“神解說”金寶成會給這段動作干凈、沒有拖沓的表演估分多少。

無論分值多少，“震驚世界”是肯定的了——機器習得的人類本領又多了一個，而且還是一個大部分人不能完成的高“顯示度”的身體技能，這勢必會引起大部分人的注目。科技日報記者為此采訪了東南大學儀器科學與工程學院院長宋愛國、德國人工智能研究中心科學總監菲利普·斯魯薩力克，對Atlas的動作進行技術分解，梳理一下它的背后有哪些技術在支撐發力。

機器人后空翻有多難

一個后空翻動作， 最難的是哪一步？起跳、翻轉、落地，還是穩住？

“要有力量”，宋愛國沒有直接回答記者的問題，他說，想翻轉，跳起來了，但是力量不夠大，就不能給翻轉足夠的時間，也談不上動態的調整，因此動力是后空翻能夠完成的基礎。

第三代Atlas并不是告別外接電源的第一代。資料記載，波士頓動力2016年推出的第二代Atlas就配備了內置電池驅動，不再需要外接電源獲取動力。

“瞬間給力會更大，就像人要調集自己肌肉內部的ATP儲能一樣，翻轉開始時的爆發力對電池的要求更高。”宋愛國提醒，在關注傳感器、算法等人工智能研究的同時，也要關注動力等基礎研發，“機器人的研制是一個全鏈條的工作”。

“在機器人的體內會有姿態傳感器，也就是陀螺儀。”宋愛國說，通過陀螺儀，它能夠知曉自己的空間方位。與生物判斷自己的方位和姿態不同，“人類的平衡感知集中在小腦部位。而機器人的平衡感知是分布式的，通過陀螺儀分布在它的軀干上”。

“它一跳，腿部跟著擺動上來，然后翻轉，整個身體的姿態也隨之調整。”宋愛國說，“姿態傳感器獲取了各部位的旋轉狀況，將信息傳遞到中央處理器，進行控制決策。”

“控制的實施要快，因此對算法的有效性要求很高。”宋愛國說。決策的具體過程可分解為將姿態轉換成數據，進行計算處理，找到應對策略，傳遞給不同部分，控制姿態，獲取平衡。可以想見后空翻的所有計算要在“慢飛行”的情形下完成，因此控制算法優化極考驗功底。

“我有幸親眼見過Atlas，很多學校都在拿這款機器人做硬件平臺，然后研究控制算法。”“知乎”上一位機器人領域的研究者介紹，波士頓動力控制算法已成為院校的典型范例，被用作教材。

此外，落地的平衡控制是較難完成的環節。這一過程中，剛性接觸和柔性接觸分別要采用不同的模型，還要設計二者的兼容模型。宋愛國說，為了給這個大家伙輸出足夠的動力，也為了減少落地對它的緩沖，Atlas的腿部裝了液壓伺服器。“兩個細長的桶狀裝置，裝在腿部，將剛性接觸轉化為柔性接觸。”

“目前的驅動部件，有電機、有氣壓、有液壓，后兩種能夠降振減壓”，宋愛國說，它們不會因為瞬間沖擊力的增加而爆掉，而且輸出動力也足。但是，在算法控制上，液壓伺服的數學模型是非線性的，力量不會隨著電壓的增長而線性增長，控制的精度會低一點，宋愛國說“機器人的腳部也會安裝多維力傳感器，對腳步的受力狀態進行輔助控制。”