科学探索|擅长爬山的机器狗登Science 比人类徒步速度快4分钟擅长爬山的机器狗登Science|比人

1月19日，瑞士苏黎世联邦理工学院的一项新成果登上国际学术顶刊Science（《科学》）的子刊Science Robotics（《科学·机器人学》）。研究人员推出一个类似机器狗的四足机器人，这个机器人能够结合外部感知和本体感知，爬上120米高的山仅需要31分钟，比人类徒步花费的时间还要快4分钟。

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山上往往都由湿滑地面上的陡峭路段、高高的台阶、碎石和布满树根的森林小径组成，能在偏远和危险环境中自主操作的腿式机器人，将帮助人类探索海拔较高的未知领域。
外部感知对于快速和节能的运动至关重要，机器人在接触地形之前感知地形可以提前规划和适应步态，以保持速度和稳定性。
瑞士苏黎世联邦理工学院机器人系统实验室机器人学教授马可·赫特（Marco Hutter）领导的研究小组，联合学校的衍生公司ANYbotics，推出了商业化的腿式四足机器人ANYmal，这个机器人能够穿越多种类型的复杂地形。

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▲ANYmal与其他四足机器人跨越障碍物对比
论文链接：http://techimg88.guangdonglong.com/img.php?https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abk2822
一、不依赖传感器，自主判断速度快慢
为了在困难的地形上前进，人类和动物会自动将其环境的视觉感知与他们的腿和手的本体感觉结合起来。这使他们能够轻松应对湿滑或松软的地面，并较容易地四处走动。不过，到目前为止，腿式机器人只能在有限的范围内做到这一点。
“原因是激光传感器和摄像头记录的有关直接环境的信息通常不完整且模棱两可。”赫特研究小组的博士生、该研究的主要作者三木隆弘（Takahiro Miki）解释说。
机器人能够利用外部感知来行动，是该项技术中的一项重大挑战。首先，山上的雪、植被和水表面的反射率高，机器人会将它们视为无法踩到或完全消失的障碍物；其次，由于山上有灰尘、雾气，能见度低，或者由于光线反射、植被遮挡机器人身上的传感器，这些都可能会导致传感器的感知度降低。
受这些因素影响，机器人腿部运动比较通用的解决方案是靠本体感觉，这也严重限制了其运动速度，因为机器人需要先亲身感受地形，然后再调整步态。
“这就是为什么像ANYmal这样的机器人必须能够自己决定，何时信任对环境的视觉感知并快速前进，何时最好谨慎行事，小步前进。”三木隆弘说。

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▲ANYmal爬楼梯
二、控制器快速避障，10秒前进4米多
赫特领导的研究小组提出的这种更加通用的解决方案，他们整合了机器人腿部运动的外部感受和本体感受。研究人员开发的具有高鲁棒性和速度的腿式运动控制器，采用了基于注意力的循环编码器。该编码器可以集成本体感受和外部感受输入，并经过端到端的训练，让机器人学习无缝组合不同的感知模式。
【科学探索|擅长爬山的机器狗登Science 比人类徒步速度快4分钟】“机器人已经学会将其环境的视觉感知与本体感觉，也就是基于直接的腿部接触的触觉结合起来。这使它能够更快、更有效地应对崎岖地形，最重要的是，更稳健。”赫特说，未来，ANYmal可以用于任何对人类来说太危险，或对其他机器人来说也难以通过的地方。