核洩漏引發“機器人奧運會”,彰顯全球救援機器人最高水平

機器人 地震 氣象災害 日本 機器人大講堂 2017-06-12

2011年3月11日,日本東北部海域發生里氏9.0級地震並引發特大海嘯。受地震、海嘯雙重影響,福島第一核電站大量放射性物質洩漏,導致了蘇聯切爾諾貝利之後最嚴重的核事故。地震和海嘯共造成約1.6萬人遇難,截至目前仍有2553人失蹤。這巨大的生命與經濟損失,究其原因是在地震中反應堆的冷卻裝置失效,海水倒灌至核電站,破壞了備用大電機,強烈的核輻射使得救援人員無法進入核電廠。

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震後廢墟

其實,11年的地震後,美日的機器人團隊都曾嘗試過機器人的救援活動,但結果都不盡如意。傳統的或者已經成熟應用的機器人都是履帶式的,不便於通過建築中的樓梯和多道門,也難以操作閥門、開關、線纜等專為人類設計的機構。所以DARPA(美國國防高級研究計劃局)希望通過一場比賽來鼓勵新式機器人的研發,以期在不久的將來能夠使用機器人來替代或輔助人類進行災難救援。

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在這樣的背景下,2012年DARPA Robotics Challenge即DRC大賽應運而生。DRC大賽的比賽模式也完全仿照日本福島地震的災難現場,分為八項任務來評估參賽機器人的效能,以及根據機器人完成任務的情況進行評分。按照DRC決賽中賽事先後流程展開的八項任務包括:駕車通過公路抵達任務區、自主下車、打開房門、關閉閥門、藉助工具在木牆上開洞、“意外任務”、通過坍塌物散落的地面、登上樓梯。

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這場競賽被業界稱為機器人史上的奧運會,體現了全球災害救援機器人的最高水平。然而,觀看完比賽才知道,對於人類來說如此簡單的動作,卻難道了眾多各種黑科技傍身的最先進機器人。下面讓我們一起走進這場因日本和洩漏引發的機器人大賽,看看究竟我們害怕搶自己飯碗的機器人是什麼樣?

DRC大賽啟動與2012年,最終決賽在2015年的6月5日6日。獲得這項比賽冠軍的是來自韓國的團隊KAIST(韓國科學技術院隊),他們的參賽機器人HuBo長這樣。

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HuBo能取得成功源於它膝蓋部位安裝了一個能夠自驅動的萬向輪,腳步同樣安裝了從動輪。這樣在不需要機器人必須用腳完成任務時,HuBo便可以屈腿跪地,以更平衡快速的方式向前運動。技術上較於其他頗為關鍵的沒有使用液壓系統,而是水冷電機和急速放電的電池。因此在同樣完成DRC比賽8項任務的3個隊伍中,HuBo用時最短,獲得第一名,同時也奪得了DARPA 提供的200萬美元獎金。

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綜合排名第二名是美國佛羅里達州研究機構IHMC的Running Man (Atlas),獲得了100萬美元的獎金。Atlas想必大家並不陌生,這款來自波士頓動力的明星機器人,自問世以來就以超強的平衡力著稱。

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然而,實際比賽中的Atlas就算任務極其簡單還是破綻百出。不僅行走方式笨拙,而且完成任務時跌跌撞撞,摔倒也是家常便飯。幸運的是,摔倒之後的Atlas也可以通過修整繼續完成任務。

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綜合排名第三的是卡耐基梅隆大學的CHIMP,獲得50萬美元的獎金。這款機器人稱得上是名副其實的變形機器人,它外形酷似大猩猩,因而取名叫CHIMP。

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由於外形的優勢,CHIMP有多重運動模式,能靈巧變換形態,既可以在遇到崎嶇不平的障礙是用四個履帶輪行進,也可以兩腿站立爬上臺階或使用各種工具。在DRC決賽的第一天CHIMP機器人是唯一一個完成了所有的任務得到8分滿分的一支隊伍,在第一天結束的時候位列第一。

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當然,除去前三名的團隊,參賽隊伍無論是機器人還是團隊成員都相當優秀,以下是25個參賽團隊的全部機器人。

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如今,距離DRC大賽結束已經整整兩年了,Atlas仍然是那款網紅機器人,其他參賽的機器人還是實驗室裡研究的原型機,而日本福田縣仍然是核禁區。我們所需要的完成災害救援的機器人究竟離我們還有多遠呢?

我們知道機器人是集機電、材料、計算機、傳感器、控制技術等多門學科的綜合,涉及的技術難點涵蓋了高精度、剛性、輕量化的機構設計,控制系統的小型化和準確性,關節的動力學技術、多傳感器識別技術等等。總之機器人的某一細節有了突破性進展,整合到龐大的人形機器人身上,就微乎其微,更何況還需要各個細節的協調發展。人形機器人開發與應用之難可見一斑。

知乎上有一篇精選文章,“我們離電影《終結者》中的人形機器人還有多遠?”,文章作者在開頭就給出了自己的預測,《美國機器人路線2016版》中指出:在未來10-15年,我們基本不能造出全能的通用機器人。而作者綜合各方面的考慮猜了一個比15大的數字,大概需要50年。雖然《終結者》裡的T800並不是我們文中提到的災害救援機器人,但也相差不多,具體人形機器人還有多長的路要走,大家可以參看這篇文章:

http://www.qingsong8.net/zhihu/9962.html

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