MIT人形机器人：迈向动态运动的新突破

一、机器人动态研究的新方向：杂技运动

长久以来，双足行走机器人能够在平面上平稳行走，偶尔还能攀登楼梯或越过障碍物已经算是非常出色的表现。然而，现在机器人的设计已经超越了这一阶段。预计至少在实现一些动态任务方面，双足机器人的实际表现已经接近甚至超过人类的实际水平。这得益于像美国敏捷机器人公司（Agility Robotics）和波士顿动力（Boston Dynamics）这样的公司在机器人研发方面的诸多贡献。

下一步的研究方向可能是设计能够完成超出人类极限的任务，比如表演杂技。世界顶级双足人形机器人研究所IHMC开发的名为Nadia的人形机器人，与麻省理工Sangbae Kim实验室正在研究的新款杂技机器人有着相似的设计理念。

二、神似直立“机器狗”，腿部功能大改进

来自麻省理工Sangbae Kim实验室的马修·奇尼奥利（Matthew Chignoli）、金东贤（Donghyun Kim）、伊利亚·斯坦格-琼斯（Elijah Stanger-Jones）和金相培（Sangbae Kim）最近在arXiv上发表了一篇论文，描述了一款新型人形机器人设计。

这款名为MIT Humanoid的机器人，外观上类似于迷你猎豹机器人的直立版本。尽管MIT Humanoid的躯干和手臂与迷你猎豹机器人相似，但其腿部是全新的设计，采用了重新设计的执行器，具备更高的功率和更好的扭矩密度。

奇尼奥利表示，设计重点在于实现人类在行走和跑步时进行的稳定而动态的“从脚跟到脚趾”的动作，同时保持机器人的低惯性，以便在与地面接触时进行平稳互动。动态踝关节动作在人形机器人中还很少见，研究人员希望通过开发出健壮、低惯性、有力的机械腿，更好地模拟人类腿部动作。

三、从模拟到现实，存在不确定性

“这只是在模拟，你可以在模拟中得到任何东西。”这是常见的回复。然而，麻省理工团队尽可能地投入大量工作来确保模拟的准确性。特别是，他们对机器人在执行动态运动时受到的具体物理约束进行了建模，使得规划人员可以考虑这些约束，并期望实现与模拟相同的准确匹配。

“当谈到机器人的物理性能时，我们在模拟中展示的任何东西都应该是可行的。”奇尼奥利说，“在我们的模拟中，我们构建了机器人执行器和电池的具体模型，并且这些模型已经经过了实验验证。然而，即使如此，模拟始终是模拟，无论模型多么精确，在实践中转换时仍然会有挑战，尤其是在完成高度动态的运动时。”

尽管研究人员相信他们的模拟器可以高精度地模拟机器人的物理性能，但在将预期的杂技动作部署到硬件上时，模拟器在某些方面仍然存在不确定性。目前的主要挑战之一是姿态估计，研究人员一直在参考与无人机姿态估计相关的研究，这些研究中使用了视觉测距技术。然而，如果没有一个组装好的机器人来进行这些新的估计策略的测试，就很难判断模拟到实际的转换是否成功。

四、MIT Humanoid真正贡献在于设计框架

MIT Humanoid的设计已经完成，计划在冬季制造，最终目标是在充满挑战的地形上进行跑酷运动。尽管人们可能会期待一些精彩的视频，但奇尼奥利认为这项研究最重要的贡献在于设计框架而非机器人本身。

“我们用小型人形机器人展示杂技动作的目的是为了验证这些动作对我们的硬件和控制框架的意义。”奇尼奥利说，“就机器人才能而言，这些运动很重要，因为我们在模拟中证明，即使采用完全不同的驱动方案（本体感应式电磁电机与液压制动器），也可以复制波士顿动力公司Atlas机器人的动态动作。当人们考虑如何设计下一代动态人形机器人时，验证本体感应器是否能在保留低机械阻抗和高带宽扭矩控制优势的同时，达到执行此类运动所需的扭矩密度至关重要。此外，杂技动作展示了我们的‘执行感知’运动规划器生成可行运动规划的能力，这些设计扩展了机器人所能完成的事情的边界。”

结语：机器人能做什么？

麻省理工Sangbae Kim实验室之前研发出的迷你猎豹四足机器人，其开源技术架构掀起了一股“机器狗”热潮。如今，该实验室在人形机器人领域又有了新的突破，有望带来突破运动极限的新架构，从而为产业带来新的变革。

人类活动受到各种环境条件的影响，因此许多研究人员致力于设计机器人来替代人类在极端条件下工作或完成人类无法做到的动作。机器人研究专家们一次次刷新了人们的想象，展示了机器人能做的远不止于此。